Walter T. schrieb: > Und dass mir > selbst Projekt-Beschreibungen über Video massiv auf die Nerven gehen, > weil das Tempo eigentlich immer unpassend ist (meist zu langsam). ... mithin ein Grund warum ich kaum Videos schaue: Das Tempo passt nicht. Wirklich anspruchsvolle Dinge zu präsentieren erfordert einen gleichen Wissenstand bei den Zuhörern. Das klappt in Schulen und Unis, wo alle langsam kontinuierlich hochgezogen werden. Das breite Publikum ist sehr heterogen informiert und hat daher verteilte Lücken. D.h. jeder hat eine andere Stelle, an der es bei ihm klemmt. Daher sind Texte besser, die man 3-4 mal langsam lesen kann, Seiten verblättern und hin- und herschauen kann. Videos dudeln mit dem Tempo, mit dem der Präsentator eben spricht. Das ist zu 90% nicht passend- oft ist es zu langsam und an den wenigen interessanten Stellen zu schnell und zu oberflächlich. Meistens sind sie auch schlecht vorbereitet, es gibt kein Script, die Macher bringen viel zu viel Redundanz, produzieren trotzdem Lücken und hüpfen didaktisch hin und her. Das taugt nur, um die Bedienung von Staubsaugern zu erklären :-) (Ich werte das aus meiner Erfahrung mit Tonaufnahmen für Hörbücher und der Arbeit mit Synchronsprechern und Schauspielern bei TV-Produktionen).
Ich möchte ja den Halleffekt mit Kupfer und mit Bismut überprüfen. Als Kupferplättchen verwende ich einfach eine einseitige Kupferplatine. Deren Kupferschicht dürfte wohl rund 35 µm dick sein. Da Kupfer aber eine sehr niedrige Hallkonstante hat und die Hallspannungen daher nur im niedrigen µV-Bereich liegen, benötige ich einen starken Verstärker. Auf der Seite Elektronik-Labor von Burkhard Kainka bin ich auf eben diesen Versuch und den Schaltplan eines Verstärkers mit dem LM358 gestoßen. Link: https://www.elektronik-labor.de/Notizen/Halleffekt.html Die Schaltung habe ich gleich nachgebaut und schon getestet. Leider ist das Ganze weit komplizierter als erhofft. Stelle ich mit dem Potentiometer eine niedrige Ausgangsspannung ein, so schwankt diese stärker (im 10 mV-Bereich) bzw. driftet. Bei höher eingestellter Ausgangsspannung ist diese dann "ruhiger", aber die Hallsonde spricht nicht wirklich auf einen Magneten unterhalb dieser an. Es sollte bei 1A durch die Hallsonde und einer 6667-fachen Verstärkung ein Spannungsunterschied von ca. 7 mV zu messen sein, wenn man den Magneten umdreht (reine Hallspannung also 3.5 mV). Damit die Ausgangsspannung noch stabiler ist, lese ich sie mit einem Arduino + ADS1115 ADC ein und bilde den Mittelwert aus 1000 Messungen. Aber irgendwie passen die Messwerte nicht bzw. zeigen keine richtige Abhängigkeit vom Magneten. Dessen Flussdichte habe ich mit 0.36 T bestimmt. Problem ist, dass die Störeinflüsse (Thermospannungen, Induktionsspannungen usw.) deutlich größer als die Hallspannung sind. Ich habe schon B. Kainka kontaktiert und dieser hat mir netterweise auch schon geantwortet. Auch er berichtet von Schwierigkeiten mit der Schaltung. Ich werde der Sache aber noch weiter nachgehen. Bismut hat eine 10000 mal größere Hallkonstante. Bei einer angenommenen Dicke des Bismutplättchens von 1 mm (gegenüber 35 µm vom Kupfer), müsste die Hallspannung trotzdem ca. 333 mal größer sein und somit schon ohne Verstärkung im mV-Bereich liegen. Vielleicht möchte ja einer von euch sich auch an dem Kupfer-Hallelement versuchen und dann hier berichten ;-) Lötplan hänge ich an...
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Der LM358 hat recht viel Input Offset Voltage im mV Bereich und Drift (7µV/Grad). Diese Spannungen werden ja mit verstärkt. Für Verstärkung kleiner DC Spannungen wären besser Offset-arme OPVs wie z.B. OP27 u.ä. zu verwenden.
Das geht mit starken Magneten, die so etwas können: https://www.diktieren24.de/Loeschmagnet-fuer-alle-Mini-und-Mikrokassetten Um den DC-Offset auszutricksen, gibt es das Prinzip des Chopper-Verstärkers. Das bedeutet den Srom durch den Hallsensorstreifen polst Du mehrfach um. Du verstärkst dann nur die Wechselspannung in der ersten Stufe. Je größer die Hallspannung wird, desto größer wird auch die Wechselspannung.
Danke für eure Hinweise, Bernhard & Dieter Ich habe es jetzt einmal mit meinem µV-Meter probiert. Dieses verwendet einen AD8551 bzw. MAX4238. Beide haben eine extrem niedrige input offset voltage von nur rund 1 µV. An den Ausgang des Verstärkers hängte ich meinen ADS1115 + Arduino. Mit diesem lese ich 1000 Spannungswerte ein und bilde den Mittelwert. Das beruhigt die Messung noch zusätzlich und erhöht die Genauigkeit. Mit dieser Methode konnte ich dann tatsächlich den Halleffekt bei Kupfer messen. Durch Umdrehen des Magneten änderte sich meine Ausgangsspannung um ca. 4 mV. Laut Theorie sollten es 6 mV sein. Das passt also schon ziemlich gut. Jetzt warte ich noch auf das Bismut, um damit ebenfalls die Hallspannung zu messen. Damit dürften die Probleme aber deutlich geringer sein, da viel höhere Spannungen zu erwarten sind. Das Bismut werde ich schmelzen und dann ein dünnes Plättchen formen. Bin schon gespannt, wie gut mir dies glückt... Die Teile für das Hagen-Poiseuille-Gesetz sind auch schon alle eingetroffen. Die Ergebnisse dazu liefere ich noch nach.
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Christoph E. schrieb: > Jetzt warte ich noch auf das Bismut, Was auch noch ginge, wäre eine Platine vorzubereiten und die Strombahn auf das Pertinax mit Leitsilber aufzutragen. Die Leitfläche wäre dann noch wesentlich dünner als die 35µ des Kupfers.
Danke für den Tipp, Dieter. Du meinst die mit Leitsilber aufgetragene Schicht ist dann dünner als 35 µm? Hier noch mein einfacher Versuch zum Hagen-Poiseuille-Gesetz, welches besagt, dass der Volumsfluss V/t proportional zum Radius hoch 4 des Rohrs ist. Bei meinem Aufbau mit dem Y-Stück ist ja der zeitliche Druckverlauf p(t) und auch die Durchflussdauer t für beide Rohre gleich und daher auch die Volumina V proportional zu r^4. Bei den verwendeten Rohrdurchmesser von 2 bzw. 3 mm würde man also ein Verhältnis von 1.5^4 = ca. 5 erwarten. Ich habe 55 ml zu 12 ml experimentell ermittelt, also ein Verhältnis von 4.58. Es ist gar nicht so einfach bei so dünnen Schläuchen einen ungehinderten Wasserfluss zu garantieren. Musste dafür manchmal einen der beiden Schläuche kurz zuhalten bzw. daran saugen. Hier auf meiner Homepage gibt es mehr Informationen dazu und auch eine kurze Herleitung des Hagen-Poiseuille-Gesetzes, die mich an meine Prüfung in Experimentalphysik 1 vor mehr als 30 Jahren erinnert: https://stoppi-homemade-physics.de/hagen-poiseuille-gesetz/ Wer sich noch das Video zum Thomsonringversuch anschauen möchte, dieses habe ich heute online gestellt: https://www.youtube.com/watch?v=Mj3Ne8xF-l8 Der Wirkungsgrad ist aber wie schon erwähnt grottenschlecht und daher die erzielte Ringgeschwindigkeit mit 54 km/h mehr als bescheiden. Jetzt warte ich noch auf meine "Edison-vintage-Glühbirnen" mit geringer Neonfüllung für den Plasmatoroid-Versuch. Da habe ich mittlerweile die 3te Glühbirne bestellt, da die beiden ersten aus China scheinbar bei mir nicht ankommen wollen... Link: https://www.amazon.de/gp/product/B08182GPH7/
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Christoph E. schrieb: > Du meinst die mit Leitsilber aufgetragene > Schicht ist dann dünner als 35 µm? Genau. Setzt aber voraus es wird nicht mehrmals zu dick aufgetragen.
Gestern sind die bestellten Teile für die Wasserrakete(n) von der Firma Klima angekommen. Beim Auspacken hatte ich tatkräftige Unterstützung vom Hund der Tochter... Hat mich inkl. Versand nur 21 Euro gekostet. Bei dem Preis wäre es total unwirtschaftlich, mir eigene Teile auszudrucken bzw. zu basteln. Praktisch sind auch die Schaumgummispitzen, welche erstens einen Schutz beim Aufprall bieten und zudem aerodynamisch eine Verbesserung darstellen. Link: https://www.raketenmodellbau-klima.de/AquaStarParty.htm?shop=raketenklima&SessionId=&a=article&ProdNr=6044%5FPP&t=23&c=34&p=34 Ich habe ja mit meinen Schülern den Flug der Wasserrakete mit der Software Vimps analysiert. Dabei kommt man auf eine Startgeschwindigkeit von immerhin 190 km/h. Ich werde im Keller noch nach einem Bremsgriff und einem Lenker suchen, damit die Auslösung des Starts bequem über einen Handgriff erfolgt. Beim Innendruck werde ich bis ca. 6-7 bar gehen. Damit bleibe ich hoffentlich noch auf der sicheren Seite. Ich habe noch ein weiteres Wasserraketenset von Rokit aus England. Dieses löst aber automatisch bei einem bestimmten Innendruck aus, wenn der Schlauchanschluss aus dem Gummi gedrückt wird. Die so erzielbaren Höhen werden wohl geringer sein. Link: https://www.getdigital.de/rokit-flaschenraketen-set.html Wenn ich erste Starts durchgeführt habe, kann ich ja davon berichten...
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So, ich war im Keller und bin auch fündig geworden. Habe den Schaltbremshebel und den Lenker mit der Säge bearbeitet. Die Auslösung der Rakete funktioniert aber (scheinbar) reibungslos und bequem ohne störende Seitenkräfte... Durch Erinnerung an meine Experimentalphysikvorlesungen ist mir wieder das Wiedemann-Franzsche-Gesetz eingefallen. Es verknüpft die Wärmeleitfähigkeit lambda mit der elektrischen Leitfähigkeit sigma. Beide Größen sind direkt proportional, was ja auch einleuchtet. Ein guter elektrischer Leiter wie z.B. Metalle ist auch ein guter Wärmeleiter und vice versa. Ich habe mir auch schon Gedanken zum Versuchsaufbau gemacht. Die elektrische Leitfähigkeit bestimme ich wie gewohnt mit einer Konstantstromquelle (1 A), wobei ich den Spannungsabfall U am Aluminiumstab messe. Dieser ist dann gleich dem elektrischen Widerstand R. Durch Messung vonn Querschnitt A und Länge L komme ich auf den spezifischen Widerstand ro bzw. die elektrische Leitfähigkeit sigma = 1 / ro. Die Wärmeleitfähigkeit messe ich mit einer auf den Aluminiumstab aufgebrachten Heizplatte. Das andere Ende taucht in ein Wasserbad. Für die zugeführte elektrische Leistung P gilt dann: P = U * I = lambda * A * (T1 - T2) / L mit der Querschnittsfläche A und dem Temperaturunterschied T1 - T2 entlang der Länge L. Jetzt hängt laut Wiedemann-Franz-Gesetz sigma/lambda von der Temperatur T ab und lambda bestimme ich über einen Temperaturgradienten. Da werde ich dann wohl eine mittlere Temperatur in die Formel einsetzen. Ziel ist es, den Proportionalitätsfaktor L (keine Länge jetzt) zwischen lambda und sigma * T, die sog. Lorenzzahl experimentell zu ermitteln. In dieser steckt die Elementarladung e und die Boltzmannkonstante k_B. Ich weiß, dass dieser experimentelle Aufbau zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit lambda Schwächen hat, aber es geht mir wie immer mehr ums Prinzip als um die letzte Genauigkeit. Wenn aber jemand von euch einen anderen Vorschlag hat, um die Wärmeleitfähigkeit zu bestimmen, nur her damit und danke dafür... Heizplatte habe ich bereits über ebay bestellt und die Alurundstange (15 mm Durchmesser) werde ich im Baumarkt besorgen. Wärmeleitkleber müsste ich noch von meinem Versuch zur Bestimmung der Bandlücke von Germanium haben. So nutze ich meine bereits getätigten Physikeinkäufe ideal aus ;-)
Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium konnte ich mittlerweile zu 3.71 * 10^7 1/Ohm*m bestimmen. Der Sollwert liegt bei 3.77 * 10^7, also wirklich sehr knapp daneben. Ich musste aber für die Messung der geringen Spannung mein µV-Meter (gain = 1000) nehmen, mein Multimeter war mit seiner 0.1 mV-Auflösung zu ungenau. Der Widerstand des 4 mm dicken und 40 cm langen Aluminiumstabs lag bei 0.858 mOhm. Entsprechend lag die bei 1 A abfallende Spannung ebenso bei 0.858 mV. Jetzt warte ich auf die Heizplatte aus China, dann kann ich die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium bestimmen. In der Zwischenzeit ist auch die Retro-Glühbirne mit geringer Edelgasfüllung heil angekommen. Diese bildet ja das Herzstück meines simplen Plasmatoroids. Den Versuch dazu werde ich wohl am Wochenende durchführen...
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Heute habe ich den Alu-4-Kantstab mit 12 mm Seitenlänge und ein Isolierrohr im Baumarkt für die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Aluminium besorgt. Und dann habe ich noch einen ersten Versuch mit meiner Neon-Glühbirne zum Experiment "Plasmatoroid" unternommen. Die Schaltung hat sich als etwas zickig herausgestellt. Nur wenn ich die Primärspule verbiege und verstelle, erscheint dann hin und wieder das ringförmige Plasma. Bei zwei Versuchen hatte ich sogar einen ziemlich kräftigen, eher weißen Ring. Leider konnte ich diesen bisher nicht mehr reproduzieren. Ich werde mich aber noch mit der Schaltung spielen und verschiedene Spulen probieren. Gegebenenfalls erhöhe ich auch noch die Schwingkreiskapazität (derzeit 150 pF), um die Frequenz zu drücken. Über 10 MHz sind halt kein Pappenstiel für die IRFP260...
Dieter D. schrieb: > Das geht mit starken Magneten, die so etwas können: Wenn benötigt, würde ich zu den Neodym-Magneten raten, die auf EBAY vertickt werden. Ich habe da einige mit 30mm x 30mm x 10mm. Die haben gewaltige Felder und halten sie auch! Wenn sich zwei von den "geküsst" haben, kriegt man die praktisch nicht mehr auseinander.
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Da Schüler (und ich) ja gerne mit Sachen schießen hier noch ein Vorschlag für das Physiklabor zum Thema "schiefer Wurf". Benötigt werden nur wenige Legoteile wie spring shooter (15400), passende Pfeile (15303), eine hinge plate 2x4 (3149c01) und ein gewöhnlicher 2x4 brick (3001). Deshalb kann dieser Schussapparat auch mehrfach günstig fürs Labor angeschafft werden. Die Schussweite hat mich positiv überrascht. Aufgabe ist es, die Schussweite für verschiedene Abschusswinkel zu bestimmen. Am besten, man wiederholt pro Abschusswinkel den Abschuss 5x und bildet dann den Mittelwert. Zuletzt zeichnet man den Graphen w(alpha) und bestimmt das Maximum. Wer noch möchte, kann ja dann aus der Schussweite noch die Abschussgeschwindigkeit v berechnen mittels der simplen Formel w = v²/g. Während die Legoteile für den Physiksaal geeignet sind, muss man die Trinkhalmrakete draußen im Freien starten. Denn mit dieser erzielt man Flugweiten von bis zu 30 m und mehr. Auch für diese Rakete benötigt man nicht viel. Nur eine Fahrradpumpe, ein Messingrohr welches gut in die Pumpenöffnung passt und vom Gummi dort abgedichtet wird, ein dicker Trinkhalm wie jener von Mc Donalds, Papier für die Leitwerke und etwas Plastilin/Knetmasse. Die Knetmasse kommt oben in die Spitze des Trinkhalms. Dann stülpt man die Rakete über das Messingrohr und drückt die Knetmasse fest ins Rohr. Wenn man jetzt die Pumpe sehr schnell komprimiert, löst sich bei einem bestimmten Druck die Rakete und saust schnell davon. Auch hier sollen die Schüler wieder die Flugweite in Abhängigkeit vom Abschusswinkel bestimmen und dann den optimalen Abschusswinkel bzw. die maximale Schussweite ermitteln. Zum Schluss noch zwei EXCEL-Simulationen zum schiefen Wurf ohne und mit Luftwiderstand...
Einen Versuch zum Magnus-Effekt hätte ich noch und zwar den Flettnerrotor. Dabei wird ein rotierender Zylinder in eine Luftströmung gebracht und erfährt eine Querkraft zur Luftströmung. Grund ist der geringere dynamische Druck und der höhere statische Druck auf der der Seite, wo die Zylinderoberfläche sich genau gegen die Luftströmung bewegt. Bewegt sie sich mit dieser mit (andere Seite), so sind dynamischer Druck groß und entsprechend der statische Druck klein. Die Teile habe ich über ebay.com zusammengetragen bzw. beim (letzten) Elektronikgeschäft vor Ort (Neuhold-Elektronik: https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/) besorgt. Für die Luftströmung verwende ich meinen "Windmacher", welcher bisher bei meinem Windkanal zur cw-Bestimmung zum Einsatz kam. Damit kann ich Windgeschwindigkeiten bis ca. 85 km/h erzeugen. Den gesamten Aufbau des Flettnerrotors stelle ich auf eine Waage und bestimme die Gewichtszunahme bzw. -abnahme. Da muss ich aber noch experimentell ermitteln, ob mir der reine Luftwiderstand und ein daraus resultierendes Drehmoment noch einen Strich durch die Rechnung macht. Falls ja, muss ich mir etwas anderes überlegen. Ich bin vor Jahren einmal über eine Jugend-Forscht-Arbeit genau zu diesem Thema gestoßen. Soweit ich mich noch erinnere, war der Magnuseffekt am größten, wenn die Zylindergeschwindigkeit der 4-fachen Windgeschwindigkeit entsprach. Mal schauen, ob ich dies bestätigen kann. Hat jemand von euch vielleicht noch diese Jugend-forscht-Arbeit zum Flettnerrotor? Danke im voraus...
Nachdem die k-type Thermofühler und die Heizplatte zuletzt angekommen sind, konnte ich den Aufbau zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Aluminium fertigstellen. Wärmeisoliert habe ich das ganze noch mit Moosgummi bzw. Isolierrohr. Wenn ich erste Messresultate für lambda habe, reiche ich diese nach. Zum Aufbau des Flettnerrotors: Wenn ich zuerst die Windmaschine auf die gewünschte Geschwindigkeit einschalte, dann die Waage auf Null setze und erst zum Schluss den Zylinder in Drehung versetze, müsste ich eigentlich den reinen Magnus-Effekt mit der Waage messen können. Mal schauen, ob das so klappt...
Heute am Tag des Herren konnte ich den Versuch zur Wärmeleitfähigkeit von Aluminium durchführen. Bei einer Leistung der Heizplatte von rund 20 W schmolz mir der Mossgummi. Zudem hatte ich bei dieser hohen Temperatur logischerweise die größten Wärmeverluste an die Umgebung und daher wich die experimentell bestimmte Wärmeleitfähigkeit lambda am deutlichsten vom Sollwert ab. Ich erhielt bei 20W Heizleistung ein lambda = 516 W/m*K. Der Sollwert für Aluminium liegt bei nur 236 W/m*K. Daher reduzierte ich die Heizleistung in mehreren Schritten bis runter auf 0.46 W. Die ermittelten Wärmeleitfähigkeiten passten aufgrund der geringer werdenden Wärmeverluste immer besser mit dem theoretischen Wert überein. Obwohl ich letztendlich dennoch eine erhebliche Abweichung hatte: Experiment: lambda = 372.7 W/m*K Theorie: lambda = 236 W/m*K Noch weiter runter kann ich nicht wirklich mit der Heizleistung. Vielleicht überlege ich mir noch einen anderen experimentellen Ansatz. Die von mir experimentell bestimmte Lorenzzahl L liegt bei 3.43 * 10^-8 V²/K². Der Sollwert liegt zwischen 2.1 - 2.9 * 10^-8 V²/K². Das Wiedermann-Franz-Gesetz (https://de.wikipedia.org/wiki/Wiedemann-Franzsches_Gesetz) lautet: lambda / sigma = L * T lambda.... Wärmeleitfähigkeit, sigma.... elektrische Leitfähigkeit, L....Lorenzzahl, T....Temperatur Abschließend kann ich aber sagen, dass mir dieser Versuch eine Freude bereitet hat. Man sieht aber wieder einmal, dass sich Theorie experimentell nicht ganz einfach beweisen lässt. Was hat mich dieser Spaß gekostet? Für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit gab ich inkl. µV-Meter um die 25 Euro aus, die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit kostete mich 55 Euro, also in Summe 80 Euro...
Für den Flettnerrotor habe ich Zylinder zum 3d-drucken in Auftrag gegeben. Die Motorhalterung werde ich mit Matador-Holzelementen basteln (https://www.matador.at/Produkte/Explorer-5/Einzelteile-Ersatzteile:::1_3_55.html). Zum Thema physikalische Extremwertaufgabe habe ich noch einen schönen und einfachen Versuch. Dieser benötigt eine Matador-Holzleiste mit 19 Löchern (https://www.matador.at/Produkte/Explorer-5/Einzelteile-Ersatzteile/Streben/19er-Streben::72.html). Von den Schülern ist die Periodendauer dieses physikalischen Pendels für verschiedene Aufhängepunkte zu bestimmen. Bei einem bestimmten Abstand s = Wurzel(I_S/m) ist die Periodendauer minimal und das physikalische Pendel schwingt am schnellsten. Im konkreten Experiment ist dies für s = 11.4 cm der Fall. Das Trägheitsmoment I_S um den Schwerpunkt kann sowohl experimentell über die Periodendauer, als auch theoretisch mittels der Formel für eine dünne Holzleiste bestimmt und verglichen werden. In meinem Fall erhalte ich fast identische Werte im Bereich von 0.0003 kg*m².
Lustig, in einem anderen Beitrag hier im Forum wurde gerade nach Bismut gesucht. Für meinen Halleffekt-Versuch benötige ich auch Bismut und dieses ist diese Woche auch bei mir eingetroffen. Bekommt man auf Amazon günstig zu kaufen: https://www.amazon.de/Bismut-Wismut-Kristall-Kristalle-Angelk%C3%B6der/dp/B07BLS5JHK/ Die Hallkonstante von Bismut ist mit 5 * 10^-7 m³/C extrem groß. Zum Vergleich: Jene von Kupfer beträgt nur 5.3 * 10^-11 m³/C. Daher benötigt man zum Nachweis des Halleffekts nur ein gewöhnliches Multimeter und keinen Verstärker. Das Bismutplättchen habe ich mittels zweier Glasbecher geformt, indem das geschmolzene Bismuut mit beiden Glasböden zusammengedrückt wird. Leider gingen mir dabei beide Trinkgläser zu Bruch. Also: Unbedingt hitzebeständiges Borosilikatglas verwenden! Die Dicke meines Plättchens beträgt rund 2 mm, ist also verhältnismäßig dick. Daher ist die zu erwartende Hallspannung gering und sollte bei einer Stromstärke von 2 A und einer Flussdichte von 0.36 T nur bei 0.18 mV liegen. Gerade groß genug für ein Multimeter. Ich konnte tatsächlich eine Spannungsänderung von +/- 0.1 mV feststellen, wenn ich den Magneten dem Bismutplättchen näherte bzw. umgedreht näherte. Eventuell besorge ich mir aber noch 250 ml Bechergläser, damit ich deutlich dünnere Plättchen herstellen kann. Denn Trinkgläser sind mir zuhause wie oben erwähnt ausgegangen ;-)
Christoph E. schrieb: > Also: Unbedingt > hitzebeständiges Borosilikatglas verwenden! Auch das wird dir zerspringen, wenn du es an einer recht scharf abgegrenzten Stelle mit der Temperatur geschmolzenen Bismuts beaufschlagst.
@Jack: Mal schauen, hitzebeständige Bechergläser für den Chemieunterricht müssen ja auch Bunsenbrennerflammen aushalten. Jetzt habe ich zumindest einen angebrannten Fleck auf meinem Küchenboden als kleine Erinnerung an den Versuch... Habe gestern den Versuch zum Halleffekt mit dem Bismutplättchen und meinem µV-Meter wiederholt, da ja die zu erwartenden Hallspannungen im Bereich der Multimeter-Auflösung liegen. Eingestellt habe ich eine Verstärkung von 1000. Bei Annäherung des Magneten mit B = ca. 0.36 T und einer Stromstärke von 1 A erhalte ich eine Änderung der Spannung (= Hallspannung) im Bereich von 0.2-0.25 V entsprechend also 0.2-0.25 mV. Ich habe die Dicke des Bismutplättchens nocheinmal gemessen und komme auf rund 1 mm. Daher sollte die Hallspannung bei +/- 0.18 mV liegen. Das passt also ziemlich perfekt, Heureka :-) Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/halleffekt/
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Die 3D-gedruckten Zylinder und Matador-Holzteile sind angekommen und so konnte ich den Aufbau für den Flettnerrotor fertigstellen. Jetzt stehen dann erste Messungen aus. Den Windkanal habe ich nicht zuhause bei mir, sondern nur einen BURG-Lüfter. Mal schauen, ob es mit dem auch funktioniert und die Waage eine kleine Veränderung anzeigt...
Kurzer Zwischenbericht: Mit dem BURG-Heizlüfter messe ich keine Gewichtserhöhung oder -reduzierung. Ich muss aber das Stativ auf der Waage mit doppelseitigen Klebeband fixieren und die Waage mit der Hand festhalten, damit nicht alles davonwandert durch die Vibrationen. Nächster Schritt: Föhn ;-) Eventuell muss ich auch eine feiner auflösende Waage verwenden, denn diese hat eine Auflösung von 1 g.
Für den Flettnerrotor habe ich mir vor Ort einen starken Elektromotor gekauft und Propeller inkl. passender Mitnehmer bestellt. Die Teile müssten in den nächsten Tagen ankommen. Damit hoffe ich mit meiner Küchenwaage je nach Rotationsrichtung des Flettnerrotors eine Veränderung festzustellen... Vor gut 18 Jahren habe ich einmal für ein Schulprojekt einen Strömungsmesser gebastelt. Dieser besteht aus zwei Propeller, einem Kegelrad und einem Fahrradtacho. Durch die Wasserströmung werden die Propeller in Bewegung versetzt und der Tacho liefert eine Geschwindigkeit auf seiner Anzeige. Damit diese mit einer Strömungsgeschwindigkeit verknüpft werden kann, muss der Aufbau zuerst kalibriert werden. Hierfür haben wir (Dank noch an Herbert und Christoph ;-)) in einem Schwimmbad den Strömungsmesser mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch das Wasser gezogen und dann die angezeigte Tachogeschwindigkeit notiert. Auf diese Weise haben wir einen schön linearen Zusammenhang erhalten mit dem Geradenanstieg k als Proportionalitätsfaktor zwischen v_Tacho und v_Strömung. In der Praxis getestet wurde der Strömungsmesser in der Obersteiermark. Dank fast bis zum Hals hinaufragender Gummistiefel und großem Wagemut konnte Herbert ein Tiefen- und Geschwindigkeitsprofoil mehrerer Bäche erstellen. Daraus lässt sich dann der Volumsfluss V/t berechnen. So flossen beim Erzbach zum Beispiel pro Sekunde 5800 Liter talwärts. Auf der Suche nach einem kompakteren Strömungsmesser bin ich auf den Durchflusssensor YF-S201 gestoßen. Diesen möchte ich als Strömungsmesser missbrauchen. Die ausgegebene Pulsrate hängt dann hoffentlich wieder linear mit der Strömungsgeschwindigkeit zusammen. Kalibriert wird dieser Sensor gleich wie der erste in einem Schwimmbad. Den simplen Arduino-Code habe ich angehängt...
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Das Experiment zum Flettnerrotor konnte ich heute mit dem Propeller durchführen. Da ich zuhause kein Anemometer und keinen Drehzahlmesser habe, musste ich mich zunächst mit Spannungsangaben begnügen. Für eine Spannung von 5.0 V bzw. 7.5 V am Propellermotor, also für zwei unterschiedliche Windgeschwindigkeiten, nahm ich die Gewichtsreduzierung in Abhängigkeit von der Zylindermotorspannung auf. Ich erhalte einen eher degressiven Verlauf. Die bei einem Jugend-forscht-Beitrag geäußerte These, dass im Optiomalfall die Zylindergeschwindigkeit der 4-fachen Windgeschwindigkeit entspricht, konnte ich so aber nicht bestätigen. Mein Verlauf besitzt zumindest in den beobachteten Spannungsgrenzen kein Extremum... Aber genauere Untersuchungen können ja dann interessierte Schüler durchführen. Ich möchte Ihnen ja nicht alles vorwegnehmen ;-) Heute habe ich auch das Video zum Coulombmeter auf Youtube hochgeladen, vielleicht interessiert es ja jemanden unter euch: https://www.youtube.com/watch?v=RcT73S51_JA
Im Moment sind sehr viele Sonnenflecken zu beobachten, darunter ein ziemlich großer. Aber ja nicht auf den Sonnenfilter vergessen und niemals ohne diesen durchs Teleskop oder Fernglas blicken!
Hallo Christoph, In Anbetracht aller Deiner tollen Physikexperimente möchte ich vorschlagen, sie in einem zukünftigen Buch mit Bauhinweisen zu verewigen. Als Schüler hätte mich das damals sehr fasziniert, inspiriert und angespornt, auf eigene Faust mich selber zu engagieren. Damals verschlang ich ähnliche Literatur. Im Forum geht das vielleicht alles doch im "Noise" der Welt unter. VG, Gerhard
@Gerhard: Ich habe ja eine sehr ausführliche Homepage (https://stoppi-homemade-physics.de/) und einen Youtube-Kanal (https://www.youtube.com/@stoppi/videos). Dort präsentiere ich bereits meine Projekte inkl. der benötigten Bauteile. Ein Buch/Bücher wären für mich schon reizvoll nur kann ich nicht abschätzen, wie groß die Nachfrage wäre und ob sich dann die Mühe lohnt. Wenn ich aber Bücher schreibe, dann müsste ich meine Homepage beschneiden, denn sonst wäre ich zweigleisig unterwegs und niemand würde die Bücher kaufen. Mal schauen... Es können mich aber jetzt schon Leute über mein Paypal-Konto freiwillig unterstützen. Da kommt aber nahezu kein Geld rein. Die Menschen sind scheinbar nicht bereit, 5 Euro für meine interessanten Physikprojekte zu spenden. Andererseits geben sie 1000 Euro für das neueste Smartphone jedes Jahr aus. Kann man verstehen, muss man aber nicht... Für den Flettnerrotor würde ich ja einen Drehzahlmesser benötigen. Diesen habe ich mir mittels IR-Abstandsensor + Arduino gebastelt. Funktioniert eigentlich recht gut, nur steigt der Messer bei Frequenzen > 60 Hz im Moment aus. Da muss ich noch überprüfen, woran dies liegt. Ich hänge einmal zwei leicht unterschiedliche Arduinoprogramme für den Drehzahlmesser an.
Von einem Forumsmitglied habe ich für meine Versuche ein Hitzdrahtanemometer geschenkt bekommen. Habe mich riesig darüber gefreut, vielen lieben Dank dafür! Zum Thema Schall mache ich gerade noch einige Versuche und zwar * Bestimmung der Schallgeschwindigkeit * konstruktive/destruktive Interferenz * Schwebung Für die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit schließe ich zwei Mikrofone an die Line-IN Buchse meiner externen Soundcard. Mit der Software Audacity bestimme ich sodann die Zeitverzögerung des Schallsignals, wenn die beiden Mikrofone einen unterschiedlichen Abstand zur Schallquelle haben. Auf diese Weise konnte ich die Schallgeschwindigkeit zu c = 342 m/s bestimmen. Für die konstruktive/destruktive Interferenz schließe ich zwei Lautsprecher an ein kleines NE555-Frequenzmodul an. Dessen Ausgang steuert über einen IRL510 die beiden Lautsprecher. Das einzelne Mikrofon platziere ich dann so zwischen den beiden Lautsprechern, dass ich eine konstruktive/destruktive Interferenz erhalte. Bei dem Versuch mit der Schwebung schließe ich an zwei dieser NE555-Frequenzmodule einen Lautsprecher und stelle leicht unterschiedliche Frequenzen ein. Die Schwebung erfasse ich dann wieder mit einem einzelnen Mikrofon in der Mitte der beiden Lautsprecher...
Einen netten Versuch zur Tribolumineszenz habe ich noch. Normalerweise fixiert man dazu ein Stück Würfelzucker auf einem Hammer und schlägt dann auf einen harten Boden. Dabei sollte man im völlig dunklen Raum und dunkeladaptierten Augen ein schwaches bläuliches Licht sehen. Hier bin ich auf die Information gestoßen, dass wint o green Bonbons der Firme life savers gut für den Versuch geeignet sind: http://www.chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/Tribolumineszenz.htm Bildquelle: http://www.chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/Tribolumineszenz.htm Ich habe mir deshalb einmal solche Süßigkeiten über ebay (https://www.ebay.com/itm/134173291840) gekauft. Ist nicht gerade billig gewesen, aber was macht man nicht alles, um seine Forscherneugierde zu befriedigen. Eine passende Kaffeemühle habe ich dann auch gleich geordert (https://www.amazon.de/gp/product/B07XMD25RT/). Wenn ich erste Versuche damit gemacht habe, melde ich mich wieder. P.S.: Spannend ist mit Sicherheit auch der Versuch zur Tribolumineszenz mit dem Tixoklebeband, welches man schnell abzieht. Erfolgt dies in einer Vakuumkammer, so kann man sogar weiche Röntgenstrahlung erzeugen... https://sciencev1.orf.at/news/153064.html
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Guenstiger wäre vermutlich ein selbstklebender Briefumschlag gewesen. Da kann man die Lumineszenz beim Aufreißen im abgedunkelten Raum schon sehr gut erkennen. Probiere es mal aus.
Vielen Dank für deinen Hinweis, Ove. Werde ich natürlich ausprobieren... Heute ist ein Brief aus den USA bei mir eingetroffen mit für mich wertvollen Inhalt und zwar einer Unterschrift von Arno Penzias. Zusammen mit Robert Wilson hat er 1964 mehr oder weniger zufällig die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt. Beide bekamen dafür 1978 den Nobelpreis für Physik zugesprochen. Penzias sagte einmal sinngemäß: Die meisten Physiker bekommen einen Nobelpreis für etwas, dass sie suchen. Wir bekamen einen für etwas, was wir los werden wollten. Gemeint ist das störende Signalrauschen, welches sich dann als kosmische Hintergrundstrahlung entpuppte ;-) Bildquelle: https://www.bell-labs.com/about/awards/1978-nobel-prize-physics/#gref
Einen netten Optikversuch hätte ich noch und zwar das Fettfleckphotometer. Dabei strahlen zwei Lichtquellen (z.B. LEDs) von beiden Seiten auf ein Blatt Papier, auf dem sich ein Ölfleck befindet. Sind die beiden Beleuchtungsstärken gleich, verschwindet der Fettfleck. Dann gilt für die Distanzen d und Leuchtstärken L: L1/d1² = L2/d2². Kennt man eine der beiden Leuchtstärken, so kann man über die eingestellten Distanzen die unbekannte Leuchtstärke ermitteln. Ich habe mir für diesen Versuch weiße LEDs mit 15000 mcd bei 20mA bestellt. Damit möchte ich die Leuchtstärken in Abhängigkeit von der elektrischen Leistung ermitteln und schauen, ob sich ein linearer Zusammenhang ergibt. Auch möchte ich die die Effektivität von Glühbirnen verglichen mit LEDs bestimmen, indem ich die Leuchtstärken durch die elektrische Leistung dividiere. Der mechanische Aufbau ist soweit fertig, jetzt warte ich nur noch auf die Conrad-Lieferung. Bei dieser sind dann auch Ferritstäbe für meinen Blitzdetektor dabei... Die elektrische Kaffeemühle ist auch bereits eingetroffen und ich konnte erste Versuche zur Tribolumineszenz mit gewöhnlichen Würfelzucker machen. Das sehr schwache blaue Licht konnte ich mit meiner Smartphonekamera gerade so einfangen. Ich werde aber für weitere Versuche auf eine Night-vision-camera-app zurückgreifen: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.white_night.nightvisioncamera&hl=de_AT&gl=US&pli=1 Die Süßigkeiten aus den USA müssten auch bald bei mir eintreffen. Ich hoffe, dass dann die Tribolumineszenz deutlich stärker ist als beim Würfelzucker. Übrigens: Die Besucherzahl meiner Homepage hat gerade die 500 000-Marke überschritten und das innerhalb von 2.5 Jahren. Damit bin ich mehr als zufrieden für eine Homepage mit physikalischen Inhalt ;-)
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Apropro "Triboxxxxxxxx". Triboelektrizität kann uns Meßtechnikern auch hin und wieder viel Kummer bereiten. Z.B. Kabelverbundene empfindliche HF Detektoren. Wenn man da bei der Kabelwahl nicht aufpasst, kann es passieren, daß bei stärkerer Bewegung oder biegen des Kabels beachtliche Störspannungen durch Reibung der Kabeladern entstehen können. Hewlett Packard konnte in den Anfangsjahren ihrer Detektorentwicklung ein Lied davon singen. https://en.wikipedia.org/wiki/Triboelectric_effect https://clearpathmedical.com/medical-cables-and-wires-triboelectric-noise/#:~:text=Triboelectric%20noise%20results%20when%20two,of%20the%20cable%20or%20leadwire https://www.molex.com/en-us/blog/triboelectric-noise-in-medical-cables-and-wires https://www.newenglandwire.com/product/low-noise-cables/ https://www.pcb.com/contentstore/MktgContent/WhitePapers/WPL_43_-Accelerometer-Signals.pdf https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20220011241/downloads/Lesson%20Learned%20-%20Controlling%20Triboelectrification%20Effects%20on%20Spacecraft%20Ethernet%20Cabling.pdf Verschiedenes: http://www.seismo.ethz.ch/de/about-us/archive-news/2021/ https://www.noe.gv.at/noe/Katastrophenschutz/Vortrag_Kat8_2011_Lenhardt_ZAMG_Erdbeben.pdf https://gfzpublic.gfz-potsdam.de/rest/items/item_124266_6/component/file_143257/content Ich hoffe es interessiert Dich auch, falls Du Dir diesbezüglich einen Versuch und Experiment ausdenken möchtest. VG, Gerhard P.S.: Glückwunsch zur gelungen Webseite. Mir gefällt sie auch sehr. Ist Einmalig!
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Ich stolperte zufällig über diese Schrift: https://mundo.schule/api/mundo/download/SODIX-0001008881 Sehr schön zu lesen. Es geht um historische Experimente und Entdeckungen für den Chemieunterricht. Auch interessant: https://www.dwd.de/DE/leistungen/pbfb_verlag_promet/pdf_promethefte/31_2_4_pdf.pdf?__blob=publicationFile&v=3
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@Gerhard: Danke für die Informationen und Quellen Bei der Conrad-Bestellung waren auch Teile für einen Blitzdetektor dabei (Ferritstab, Mittelwellenempfänger TA7642). Quelle: https://fkainka.de/blitzduino-blitzwarner/ Diesen konnte ich gestern finalisieren und auch schon während eines Gewitters testen. Funktioniert sehr gut... Die USA-Süßigkeiten sind auch schon eingetroffen. Am Wochenende werde ich sie in die Kaffeemühle geben und mit der night-vision-app filmen.
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Heute führte ich den Versuch zur Tribolumineszenz mit den Süßigkeiten aus den USA durch. Die Leuchterscheinungen sind heller als mit reinen Würfelzucker, aber nach wie vor sehr schwach. Dank der night vision app konnte ich aber die blauen Blitze in Videos erkennen. Das Bild mit dem bläulichen Leuchten mit Würfelzucker wurde 5 Sekunden lang belichtet und dann auch noch graphisch bearbeitet, damit es stärker in Erscheinung tritt. Deshalb darf man sich vom Video nicht zu viel erwarten... Jetzt habe ich noch gut 1 kg von den Zuckerln übrig, welche mich vom Geschmack her übrigens an Hallenbaddesinfektion erinnern ;-)
Christoph E. schrieb: > Jetzt habe ich noch gut 1 kg von den Zuckerln übrig, welche mich vom > Geschmack her übrigens an Hallenbaddesinfektion erinnern ;-) Dieser Wintergreen Geschmack ist in den USA+Kanada deutlich populärer als hierzulande. Es ist auch das Hauptaroma von "Root Beer" das man dort bekommt.
Das Fettfleckphotometer ist fertig und wurde auch schon getestet. Die 15000 mcd LED ist aber zu hell, sodass die Einstellung (Fettfleck verschwindet) des Fettfleckphotometers nicht gerade einfach ist. Eventuell wiederhole ich das ganze nochmals mit einer schwächeren Norm-LED. Ich habe eine weiße LED unter Normbedingungen betrieben (20 mA, L1 = 15000 mcd) und bei der zweiten weißen LED die Stromstärke zwischen 2 und 20 mA variiert. Deren reduzierte Leuchtstärke L2 habe ich dann über die Abstände d1 und d2 ermittelt und zum Schluss L2 gegen die elektrische Leistung P aufgetragen. Ich erhalte einen annähernd linearen Zusammenhang...
Da ich ja für einige Versuche zwei regelbare Netzteile benötige und ich dann nicht das schwere und unhandliche 30V/30A-Monster verwenden möchte, bastel ich mir gerade ein zweites Netzteil bestehend aus einem Laptopnetzteil (konkret HP-Netzteil mit 19V und 6A). So eines habe ich bereits und liebe es. Und die Kosten dafür sind auch sehr überschaubar. Gebrauchtes Laptopnetzteil: 10 Euro 10A Step down converter: 8 Euro Gehäuse: 10 Euro Lüfter: 2 Euro Potentiometer: 2 Euro U/I-Meter: 4 Euro Rest: 2 Euro Gesamt: 38 Euro Auf willhaben habe ich mir dann noch einen Windsensor gekauft. Dieser scheint mit Reed-Schalter zu funktionieren. Prellen eigentlich Reed-Schalter? Die Auswertung übernimmt ein Arduino. Kalibrieren werde ich den Sensor mit dem Hitzdrahtanemometer, welches ich vor kurzer Zeit aus Berlin geschenkt bekommen habe...
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Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie werden durch das auslösende Magnetfeld gehalten. Mit abnehmenden Kontaktabstand werden die Kräfte der Zungen aufeinander zu immer größer. Sie haben eher die Tendenz zum kleben.
>Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie werden durch das
auslösende Magnetfeld gehalten...
So die Theorie. Bei mir prellt sowohl ein Reed-Kontakt mit
Magnetbetätigung als auch ein Reed-Relais (SIL05 MEDER).
Danke, euch beiden. Falls der Reedkontakt prellt, löse ich das einfach in der Software, indem ich zu kurz hintereinander erfolgte interrupts ignoriere... Mit meinem Propellermotor möchte ich noch den Auftrieb eines Tragflügels in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit ermitteln. Sollte ja eine v²-Abhängigkeit zeigen. Für das Experiment lasse ich mir gerade einen Tragflügel + Halterung 3d-drucken. Die Auftriebskraft erfasse ich mit einem HX711-Waagesensor + 1 kg Biegebalken. Damit kann ich die Kraft in mN bestimmen, das müsste genau genug sein. Sonst wechsle ich einfach auf einen anderen Biegebalken...
Hier (https://iitr.ac.in/Academics/static/Department/Physics/BTech%201st%20year%20lab/11_Plancks_Constant.pdf) bin ich noch auf einen schönen Versuch zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mittels einer Solarzelle gestoßen. Man benötigt für das Experiment lediglich eine Glühbirne an einem verstellbaren Netzgerät, einen Schmalbandfilter und dann noch eine Solarzelle und ein Amperemeter. Man stellt mit dem Netzgerät eine bestimmte Spannung U ein und bestimmt dann den aktuellen Widerstand R des Glühfadens. Daraus und dem Widerstand bei Raumtemperatur lässt sich die Temperatur T des Glühfadens ermitteln. Zwischen Glühbirne und Solarzelle befindet sich der Schmalbandfilter. Meinen für lambda = 650 nm habe ich günstig auf ebay.com gekauft: https://www.ebay.com/itm/275733102726 Nun misst man den Kurzschlussstrom I der Solarzelle. Dies wiederholt man für verschiedene Temperaturen des Glühfadens. Zum Schluss trägt man ln(Kurzschlussstrom) gegen 1/T auf und müsste eine fallende Gerade erhalten. Für den Anstieg dieser Geraden gilt: k_Gerade = - h * c / (lambda_0 * k_B) lambda_0 ist dabei die Zentralwellenlänge des Schmalbandfilters. Bis auf h kennt man alle Größen und so kann man aus der Geradensteigung das Plancksche Wirkungsquantum h bestimmen. Man kann aber auch von einem bekannten h ausgehen und dann die Boltzmannkonstante k_B experimentell auf diese Weise bestimmen. Also ein Versuch für zwei Naturkonstanten :-) Link zu mehr Information: https://stoppi-homemade-physics.de/wirkungsquantum/ Wenn der Rotfilter angekommen ist, melde ich mich wieder...
Christoph E. schrieb: > Plancksches Wirkungsquantum Finde ich schon erstaunlich, mit welcher Präzision sich das Wirkungsquantum mit vergleichsweise simplen Experimenten ermitteln läßt!
Christoph E. schrieb: > k_Gerade = - h * c / (lambda_0 * k_B) Seit der SI-Revision 2019 und der damaligen Neudefinition des Kilogramms hat h einen fest definierten Wert. Siehe uum Beispiel: https://de.wikipedia.org/wiki/Planck-Konstante#Wert_und_Zeichen Dito für k_B (ebenfalls seit 2019) und für c (seit 1983): https://de.wikipedia.org/wiki/Boltzmann-Konstante#Wert https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit#Wert Der einzige unbekannte Faktor in der Steigung der Geraden ist daher λ_0, welches nur zu einer gewissen Genauigkeit bekannt ist. Geht man von einem exakt bekannten λ_0 aus, dann bringt jede Messung einen Datenpunkt P_n mit Koordinaten ln(I_n) und 1 / T_n, der irgendwo in der Nähe der Geraden liegt. Kennt man also die Genauigkeit der Strommessung so kann man also auf die Genauigkeit der Temperaturmessung zurückschließen und vice versa. Die Messung macht also (nur) eine Aussage über die Genauigkeit des Versuchsaufbaus :-)
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Michael B. schrieb: > Ove M. schrieb: >> Soweit ich mich erinnere prellen Reedkontakte nicht. Sie > > Falsch erinnert. Das hab ich bereits mit dem Beitrag von K.M. (kmj) gelesen und in meinem Hirn gerade gebogen! Dankeschön! Nennt sich auch gelernt! Wundern tut es mich trotzdem und das darf es auch. Hier passen Theorie und Praxis offensichtlich nicht so ganz zusammen. Fazit: Deine Antwort kommt spät und ist wenig bis Null hilfreich!
Christoph E. schrieb: >… Die Auftriebskraft erfasse ich mit > einem HX711-Waagesensor + 1 kg Biegebalken. Damit kann ich die Kraft in > mN bestimmen, das müsste genau genug sein. Sonst wechsle ich einfach auf > einen anderen Biegebalken... Sag bitte, bist du dir sicher, das so klappt? Überschlag: 1kg entspr. 10N 1mN sind dann Faktor 10.000. Ohne weitere Störgrößen leicht vorstellbar. Nun braucht es aber locker nochmal den Faktor 10 drauf, um irgendwie mit den Störgrößen umzugehen. Man kann zwar viel Auflösung von ADC holen, aber die physikalisch reproduzierbare Auflösung deines Biegebalken passt nur unter besonderen Umständen. Dazu kommt Rauschen, Temperatur, das Rauschen deines Flügels im Luftstrom und die resultierende Querkaft. Ich lasse mich gerne eines besseren belehren, aber ich vermute stark, dass das mit den mN nicht klappt. Just my two cents! Viele Grüße Ove
@Ove: Das Experiment wird zeigen, wie sehr die Kraftanzeige schwankt. Ich müsste auch einmal ausrechnen, in welchem Kraftbereich der dynamische Auftrieb ca. liegen wird. Danke aber für deinen Kommentar... Der Windsensor ist mittlerweile angekommen und so konnte ich ihn kalibrieren. Ich erhalte folgenden linearen Zusammenhang zwischen Pulsfrequenz f und Windgeschwindigkeit v: v = 0,2361 * f + 1,1557. Bei f = 0 gebe ich aber aus verständlichen Gründen die Geschwindigkeit 0 aus.
und wie misst Du f = 0 Hz ? ;) :D Bei einer Updaterate von ? 10s? Nicht ganz ernst gemeint (schreib's mal besser dazu) Bei dem gezeigtem Aufbau wird die Strömung aber alles andere als laminar sein .. Ein paar Kartons und Strohhalme für einen kleinen Windkanal?
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@Henrik: Ich messe die innerhalb einer Sekunde ankommenden Pulse, von daher ist f = 0 Hz kein Problem, wenn eben nix ankommt. Bei meinem ersten Programm habe ich die Zeit zwischen zwei Interrupts gemessen und daraus die Frequenz berechnet. Da gab es dann nur eine geänderte Anzeige, wenn das Interrupt ausgelöst wurde. Bei Windstille eben ein Problem... Und zudem waren bei dieser Variante die Zahlenwerte durch die schnelle Änderung kaum ablesbar auf dem Display. Also wechselte ich zum Zählen der innerhalb 1 Sekunde ankommenden Pulse... Windkanäle habe ich zwei bereits gebastelt. Einen ausgelegt auf hohe Windgeschwindigkeiten für die Messung des cw-Werts und einen mit niedrigen Windgeschwindigkeiten zur Sichtbarmachung der Strömungslinien. Jetzt für dieses Experiment wollte ich mir ähnliches nicht schon wieder antun und habe den Propellermotor einfach ohne Trinkhalme etc. betrieben.
Hier bin ich über ein Arduino-Projekt mit dem Farbsensor TCS34725 gestoßen: https://www.makerblog.at/2015/01/farben-erkennen-mit-dem-rgb-sensor-tcs34725-und-dem-arduino/ Den Sensor gibt es um ca. 7 Euro auf Amazon: https://www.amazon.de/SEAFRONT-Farbsensor-Modul-TCS34725-RGB/dp/B07XRQ42MR Die Farberkennung habe ich mit färbigen Süßigkeiten überprüft. Funktioniert teilweise recht gut, teilweise tut sich der Sensor sehr schwer, da die RGB-Intensitäten zum Beispiel bei Orange und Gelb und Rot nur sehr wenig voneinander abweichen. Aber eine nette Spielerei ist es zweifelsohne... Einen simplen Farbmischapparat mit Arduino und einer RGB-LED habe ich auch umgesetzt. Auf diese Weise können die Schüler die additive Farbmischung erfahren und sich ein wenig spielen.
Hallo Christoph, falls Du diesen Bericht noch nicht kennen solltest: https://www.rapp-instruments.de/Radioaktivitaet/cloud-chambers/wehrmeister/wehrmeister.htm https://www.rapp-instruments.de/Elektronik/modell/chamber/cham.htm Mfg, Gerhard
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Vielen Dank Gerhard für deine Tipps. Nebelkammern habe ich mittlerweile in 3 verschiedenen Ausführungen umgesetzt. Einmal eine Diffusionsnebelkammer mit Peltierelementen und dann noch 2 nach Wilson durch Expansion. Eine ganz einfache (wohl die simpelste Nebelkammer die es gibt) und dann noch eine etwas aufwendigere mit Hochspannung zum Absaugen der entstandenen Ladungsträger... Links: https://www.youtube.com/watch?v=Dzdx0UdHCs8 https://www.youtube.com/watch?v=fefuESvisGI https://www.youtube.com/watch?v=fUYhM6hw148 Die 3d-Druckteile für meinen Tragflügelversuch und das Malusgesetz müssten heute oder morgen ankommen. Beim Malusgesetz bestimmt man einfach die durch einen zweiten Polarisationsfilter durchkommende Intensität in Abhängigkeit von dessen Drehwinkel. Müsste eine cos²(phi)-Abhängigkeit zeigen.
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Die 3D-Druckteile sind heute angekommen. Ein erster kurzer Test mit dem Tragflügel ergab tatsächlich eine geringe Auftriebskraft. Da werde ich in den nächsten Tagen eine Messreihe durchführen. Die beiden Zylinder mit Stiel für das Malusgesetz haben auch schon ihren Platz in der Halterung gefunden. Zum Glück hatte ich noch Polarisationsfolie von meinen letzten Experimenten übrig. Die kaufe ich immer bei AstroMedia um kleines Geld (https://astromedia.de/Die-Polarisations-Filterfolie). Als Laser für das Malusgesetz werde ich einen mit nur 5 mW nehmen, das dürfte locker reichen. Denn sonst übersteuert der TSL252R Lichtdetektor eh nur. Die Messergebnisse reiche ich dann hier nach...
So, die erste Messreihe mit dem Tragflügel bei keinem/sehr geringem Anstellwinkel ist im Kasten. Ich erhalte tatsächlich eine annähernde v²-Abhängigkeit der Auftriebskraft (siehe letzte Spalte in der Exceltabelle). Konkret gilt für meinen Versuchsaufbau: F_Auftrieb = 0.36 * 0.001 * v². Daraus lässt sich dann der Auftriebsbeiwert c_a berechnen. Ich erhalte einen Wert von c_a = 0.165. Eine kurze Recherche im Internet ergab, dass dieser Wert durchaus plausibel ist. Quelle: https://www.mb.uni-siegen.de/lfst/lehre/dokumente/maschinenlabor.pdf Auf Seite 31 sind die Auftriebsbeiwerte c_a für einen NACA-0015-Tragflügel bei verschiedenen Anstellwinkel angeführt. Bei geringem Anstellwinkel liegen die Werte im Bereich meines Messwerts. Von daher ist wohl meine Messung nicht komplett verkehrt, Heureka... Link zu mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/tragfluegel-auftrieb/
Es gibt im Netz Rechner, mit denen sich so Profile und Tragflächen berechnen lassen. Manche Leute nutzen sie, um damit RC-Flugmodelle zu erstellen, die sie dann drucken – und anschließend fliegen.
Danke, Jack. Sonst findet man aber im Internet nicht gerade viele c_a/c_w-Graphen zu angegebenen Profilen. Ich habe mich noch einmal schlau gemacht. Das von mir zitierte Profil NACA-0015 ist leider ein völlig symmetrisches. Von daher hinkt ein Bezug darauf, denn bei meinem Profil handelt es sich um ein nicht-symmetrisches. Ich habe hier (https://www.thuro.at/index.php/11-aerodynamik/52-aerodynamik4) zum Beispiel auch einen c_a-c_w-Graphen entdeckt. Bei 0° Anstellwinkel beträgt der c_a-Wert ca. 0.1. Ob es sich bei dem Graphen um einen tatsächlich aufgenommenen handelt oder er rein symbolisch zu betrachten ist, weiß ich leider nicht. Ein Tragflügelprofil dazu ist auch nicht angegeben. Ansonsten liegen die c_a-Werte durchaus höher als mein Wert mit 0.165. Man muss aber berücksichtigen, dass mein Ergebnis für einen Anstellwinkel 0° gilt. Und der c_a-Wert wächst linear in bestimmten Grenzen mit dem Anstellwinkel. Daher werde ich wohl noch eine zweite Messreihe aufnehmen mit größerem Anstellwinkel... Die beiden Bandpassfilter für die Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mit Solarzelle sind heute eingetroffen. Ich werde mit einem meiner Spektrographen eine Absorptionskurve von ihnen aufnehmen. Die Halbwertsbreite sollte bei 40 nm (für den 650 nm-Filter) bzw. nur 10 nm (für den 785 nm-Filter) liegen. Der schmalbandigere erfüllt natürlich besser die Versuchsbedingungen. Solarzelle hatte ich noch in meiner Experimentierkiste. Wenn ich Messungen zum Planckschen Wirkungsquantum damit gemacht habe, kann ich ja wieder berichten...
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So, das Malusgesetz konnte ich heute experimentell überprüfen. Die Übereinstimmung zwischen Theorie (cos²(phi)) und Experiment ist recht gut. Damit der Lichtsensor aber nicht in Sättigung ging, musste ich den Laser gehörig drosseln... Mehr Informationen zum Experiment: https://stoppi-homemade-physics.de/malusgesetz/
Gestern konnte ich eine Messung zum Planckschen Wirkungsquantum mittels Solarzelle und Schmalbandfilter durchführen. Dies muss natürlich im Dunkeln vonstatten gehen, denn sonst reagiert ja die Solarzelle auch auf das Umgebungslicht. Die Spannung der Glühbirne variierte zwischen 1V und 14V, der Kurzschlussstrom zwischen 100nA und 420µA. Der Graph ln(I_Kurzschluss) in Abhängigkeit von 1/T ist schön gerade. Mittels der Steigung kann dann das Plancksche Wirkungsquantum berechnet werden. Ich erhalte 4.04 * 10^-34 Js, der Sollwert liegt bei 6.63 * 10^-34 Js. Damit bin ich eigentlich zufrieden. Ich werde heute aber den Versuch noch mit dem 785nm-Filter durchführen, der ist schmalbandiger als der rote 650nm-Filter. Dessen Absorptionsspektrum habe ich mit meinem Webcamspektroskop aufgenommen. Dazu dividiere ich den Intensitätsverlauf mit Filter durch jenen ohne Filter. Das Ergebnis deckt sich mit dem Verlauf vom Verkäufer...
Ich habe den Versuch zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums noch mit dem 785nm-Schmalbandfilter durchgeführt. Wie zu erwarten war, liegt nun der Wert für h näher am Sollwert, da dieser Filter eine geringere Halbwertsbreite (nur 10 nm) hat als der rote 650nm von zuletzt. Die Kurzschlussströme habe ich mit meinem µA-Meter gemessen, da mein Multimeter dafür zu ungenau gewesen wäre. Das experimentelle Ergebnis für h könnte zwar etwas besser sein aber ich freue mich, einen weiteren Versuch zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums entdeckt zu haben. Jetzt sind es bereits drei verschiedene Ansätze: Einmal über die Schwellspannung einer LED, dann über den Photoeffekt und jetzt noch mittels Solarzelle... Link: https://stoppi-homemade-physics.de/wirkungsquantum/ P.S.: Das eigentliche Experiment habe ich natürlich im Dunkeln durchgeführt, damit nicht schon das Umgebungslicht für einen Kurzschlussstrom sorgt.
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Hier gibt es das Youtube-Video zum Planckschen Wirkungsquantum mit Solarzelle: https://www.youtube.com/watch?v=fyHDlteTDNw Ein noch ausständiges Experiment ist das Kundtsche Rohr zur Sichtbarmachung stehender Wellen. Einige Teile dafür (Pfeife, Plexiglasrohr) sind schon eingetroffen, auf den Rest (Lautsprecher, Korkmehl) warte ich noch. Die Frequenz der Trillerpfeife konnte ich mit Audacity zu ca. 2600 Hz ermitteln. Damit sollten die Korkmehlhaufen einen Abstand von ca. 6.6 cm (= Lambda/2) haben.
>Christoph E. (stoppi) Du bist auf Hackaday: https://hackaday.com/2023/08/18/measuring-plancks-constant-again/ Gratulation :-)
Danke Christoph für den Hinweis. Und ich habe mich schon gewundert, warum ich an dem Tag so viele Zugriffe auf meine Homepage hatte ;-) Auf Amazon (https://www.amazon.de/Fun-Trading-Pathfinders-Leonardo-Holzbaukasten/dp/B0791HNB86/) bin ich neulich über ein Leonardo da Vinci Katapult gestoßen. Mit meinen Schülern hatte ich ja schon einmal mit eher bescheidenen Erfolg ein Trebuchet gebaut. Da das da Vinci Katapult nur 22 Euro kostet, habe ich es mir natürlich gleich besorgt. Der Zusammenbau macht Spaß und das Ding funktioniert eigentlich sehr gut. Mit der Freeware Tracker (https://physlets.org/tracker/) habe ich dann die Bewegung analysiert und komme auf eine Geschwindigkeit von rund 58 km/h, ganz schön beachtlich. Die Tonkugel wird auf jedem Fall sehr ordentlich durch die Küche geschleudert, ähm ich meinte katapultiert... Hier sieht man auch die High Speed Videos: https://stoppi-homemade-physics.de/katapult/ Dort findet man auch meinen Versuch, die Bewegung des Trebuchets mit Excel zu simulieren. Das wurde extrem aufwendig und das Resultat ist noch gelinde gesagt verbesserungswürdig.
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Was mich betrifft, hätte ich Dich gerne als meinen Physiklehrer gehabt. Das wäre bestimmt spannend gewesen. Deine Web Präsenz ist übrigens auch nicht ganz Ohne. Echt toll gemacht! Vg, Gerhard
Für den Versuch mit dem Kundtschen Rohr verwende ich meinen OPA549 Leistungsverstärker. Der kann bis zu 6A liefern. Gespeist wird er von meinen beiden Laptop-Netzteilen dann mit +/-19V. Das Eingangssignal generiere ich mit einer Smartphone-Funktionsgenerator-App. Da der Verkäufer des Korkmehls Lieferschwierigkeiten hat und die Ware erst im September versenden kann habe ich mich auf Amazon umgesehen und kleine Styroporkugeln bestellt. Link: https://www.amazon.de/dp/B00MX3PQ7E. Die haben einen maximalen Durchmesser von 3 mm. Mal schauen, ob es mit denen im Kundtschen Rohr klappt. Müssten morgen ankommen... Und dann habe ich noch mit meiner Tochter eine neue Sekundärspule für meine DRSSTC gewickelt. Basis ist ein 7.5 cm PVC-Rohr, welches auf 50 cm Länge bewickelt ist. Bei der alten Spule gab es leider Lichtbögen zwischen einzelnen Windungen. Jetzt isoliere ich sie noch mehrmals mit Lack und dann werde ich sie testen.
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Christoph E. schrieb: > Die Frequenz der Trillerpfeife konnte ich mit Audacity zu ca. 2600 Hz > ermitteln. Leider heute nicht mehr so vielseitig verwendbar ;) https://de.wikipedia.org/wiki/John_T._Draper aka Captain Crunch
Nix für ungut, aber 8MB für einen verrauschten Screenshot sind dann doch leicht übertrieben …
@Henrik: Danke für den Link, kannte ich noch nicht ;-) @Jack: Ich habe versehentlich das Bild mit der hohen Auflösung hochgeladen. Verkleinere ja all meine Bilder für hier bzw. meine Homepage auf ca. 1000x750 Pixel. Als ich es dann bemerkt habe, war es schon zu spät... Die Styroporkügelchen sind gestern bereits angekommen. Mit rund 3-4 mm Durchmesser waren sie aber ein wenig zu groß für das Experiment. Also bin ich die wohl dämlichste Arbeit die es gibt angegangen und habe ca. 600 Kugeln mit der Nagelschere geviertelt. Das tue ich mir bestimmt nicht noch einmal an. Jetzt bekomme ich schöne stehende Wellen für die Grundschwingung (lambda = 2*L, f = 250 Hz) und die erste Oberschwingung (lambda = L, f = 500 Hz). Bei 750 Hz ist dann die Ausbildung der Schwingungsbäuche nur noch sehr gering. Mein 5W Lautsprecher ist zu schwach dafür. Betreibe ihn an meinen Leistungsverstärker eh schon total über dem Limit (0.75A bei 19V Amplitude). Deshalb wird er nach wenigen Sekunden auch brennheiß und ich muss ihn wieder abkühlen lassen. Vielleicht hole ich mir noch einen leistungsstärkeren Lautsprecher und lasse dann eine Verjüngung zur Ankopplung ans Rohr 3d-drucken. Die Schallgeschwindigkeit habe ich auch bestimmt. Bei der ersten Oberschwingung bei f = 503 Hz betrug der Abstand der beiden Schwingungsbäuche 35 cm (= lambda/2). Daher ergibt sich die Schallgeschwindigkeit zu c = 503 * 0.7 = ca. 350 m/s. Lustig zu beobachten sind auch die sich bildenden Rippel im Abstand von ca. 2 cm. Sind das einfach nur Oberwellen oder hat es eine andere Bewandtnis mit ihnen?
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Christoph E. schrieb: > 600 Kugeln mit der Nagelschere geviertelt Respekt. DAS nenne ich Motivation. Christoph E. schrieb: > Sind das einfach nur Oberwellen oder hat es eine andere > Bewandtnis mit ihnen? Vielleicht ein elektrostatisches Phänomen? Du könntest prüfen, ob sich das bei erhöhter Luftfeuchtigkeit ändert. Oder das Rohr antistatisch auswischen.
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Mechanische Resonanz des Rohrs? (c von Plexiglas?) Mit Mik und Audacity oder Mobilapp mal Spektrum ansehen? Amplitude ist ja zu erwarten.
Danke für eure Kommentare zum Kundtschen Rohr... Im Buch "15 dangerously mad projects for the evil genius" von Simon Monk bin ich unlängst auf zwei einfache Schaltungen zur Sprachmodulation eines Lasers gestoßen. Die Schaltpläne habe ich etwas auf meine Bedürfnisse abgestimmt und dann gleich die Teile dafür besorgt, z.b. ein Audioverstärkermodul (https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/product_info.php?cPath=222_361&products_id=5337). Bei Neuhold-Elektronik in Graz gibt es zum Glück fast alles und auch noch verbleites Lötzinn. Das Experiment funktioniert recht gut und man kann mit dem schwachen 5mW-Laser entweder ein über Klinke eingespeistes Audiosignal oder die über ein Elektretmikrofon eingespeiste Stimme übertragen. Für größere Distanzen muss dann natürlich auf einen stärkeren Laser zurückgegriffen werden. Hier auf meiner Homepage findet man jetzt 4 verschiedene Schaltungen zur Laser/LED-Modulation: https://stoppi-homemade-physics.de/lasermodulation/
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Eine Spielerei hätte ich noch und zwar die Bestimmung der Erdbeschleunigung mittels Arduino. Basis bildet die Formel für den freien Fall: s = 1/2 g t². Mit Potentiometer und Taster wird die Fallhöhe s eingegeben. Eine Metallkugel wird mit einem Elektromagneten (Solenoid) zunächst in Position gehalten und dann freigelassen. Dabei wird die Startzeit t1 ermittelt. Die frei fallende Kugel trifft auf eine Waage und löst die Stoppzeit t2 aus. Daraus lässt sich dann g berechnen und der Wert wird am Display angezeigt. Das Solenoid und die Wägezelle (100 g damit die Waage sensibel genug ist) habe ich auf Amazon bestellt. Der Elektromagnet wird aber sehr warm, sodass ich ihn im Experiment so kurz wie möglich eingeschaltet lasse. Hoffentlich hält er die Metallkugel stabil genug, wenn er diese gegen einen Metallwinkel drückt. Mal schauen...
Christoph E. schrieb: > Eine Metallkugel wird mit einem Elektromagneten > (Solenoid) zunächst in Position gehalten und dann freigelassen. Dabei > wird die Startzeit t1 ermittelt. Die frei fallende Kugel trifft auf eine > Waage und löst die Stoppzeit t2 aus. Meine Lösung wären zwei Lichtschranken gewesen. Je nach Genauigkeitsanspruch vermiesen dir hier zwei Effekte die Messung: das Magnetfeld des Elektromagneten ist beim Abschalten nicht schlagartig Null, und beim Aufprall der Kugel auf die Wägezelle spielt Massenträgheit eine Rolle.
Jack V. schrieb: > beim Aufprall der Kugel auf die Wägezelle spielt Massenträgheit eine Rolle. Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit sollte hier eine Rolle spielen?
Christoph E. schrieb: > Die frei fallende Kugel trifft auf eine > Waage und löst die Stoppzeit t2 aus. Den Aufprall auf der Waage kann auch mit dem Oszi dargestellt werden. Es lassen sich so auch unterschiedliche Dämpfungseigenschaften von Stoffen auf die die Kugel fällt, untersucht werden.
Joe G. schrieb: > Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die > Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit > sollte hier eine Rolle spielen? Der Träger des Messstreifens verformt sich nicht direkt beim ersten Kontakt mit der Kugel so, dass es registriert wird; er muss sich selbst erstmal in Bewegung setzen. Das setzt einen gewissen Energieübergang voraus, der nicht in Nullzeit stattfinden kann. In welchem Maß sich das auswirkt, weiß ich nicht – dass es aber eine Auswirkung haben muss, halte ich für einigermaßen feststehend. Deswegen die Einschränkung „je nach Genauigkeitsanspruch“ – mag sein, dass es für Christophs Zielpräzision völlig ausreichend ist.
Joe G. schrieb: > Die Waage, genauer der Biegebalken mit Dehnmesstreifen für die > Verformung, misst doch eine Kraft (Stoßkraft). Welche Massenträgheit > sollte hier eine Rolle spielen? Die Verformung bis zu einem registrierbaren Signal geschieht in der Realität während einer bestimmten Zeit und während dessen mird Masse des Dehnungsmessstreifens bewegt, also beschleunigt. Die Frage ist, wie stark die dabei auftretende Verzögerung des Signals durch die Trägheit ins Gewicht fällt. PS:Jack war schneller :-)
Für kurze Kraftstöße ist der HX711 ungeeignet, da er maximal nur 80 Messungen pro Sekunde durchführen kann. Zur Aufzeichnung solcher verwende ich eine Schaltung mit Operationsverstärker, dessen Ausgang dann direkt mit einem Oszilloskop verbunden ist. Wie man am Graphen sehen kann ist etwa der Aufprall eines Tennisballs nach 5 ms schon wieder vorbei. Das kann man auch sehr schön mit meiner Casio Exilim High Speed Kamera überprüfen... Lichtschranken wollte ich dieses mal bei der Bestimmung von g nicht einsetzen und auf eine andere Methode setzen. Ich habe natürlich einige Einflüsse, die mir die Messgenauigkeit versalzen wie Auslösegeschwindigkeit des Hubmagneten, Reaktionszeit der Wägezelle, Startzeitpunkt vor dem Auslösen des Magneten oder nach dem Befehl, Luftwiderstand usw. Die Genauigkeit muss jetzt nicht enorm hoch sein, mit g = 10 m/s² wäre ich schon zufrieden ;-)
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Christoph E. schrieb: > Die Genauigkeit muss jetzt nicht enorm hoch sein, mit g = 10 m/s² wäre > ich schon zufrieden ;-) g=9,5 m/s² wäre ein nicht geschummelter Wert bei dem Versuch. ;-) Der Ball fällt ja nicht im Vakuum.
Nachdem die Halterung für den Hubmagneten fertig ist, konnte ich eine erste Messreihe durchführen. Ergebnis: g = ca. 9.50 m/s². Die Schaltung spinnt manchmal aus unerklärlichen Grund, dem werde ich noch nachgehen. Ansonsten sind die Ergebnisse reproduzierbar und einigermaßen zufriedenstellend. War ja auch nur eine Spielerei zwischendurch ;-)
Das nenne ich Physik in Aktion! Echt toll wie so Vieles mit bescheidenen Mitteln von Dir realisiert wurde. Ich hoffe, Deine Schüler schätzen so einen Lehrer wie Du es bist. Ich bin begeistert von den vielen Berichten und Deiner Webpräsenz. Wie schwer war es den ADC Spitzenwert beim Aufprall zu erfassen? Sollte die externe Erfassung zu langsam sein, könnte man vielleicht einen Instrumentverstärker mit folgender Analog Spitzenwert Schaltung dem internen AVR ADC vorschalten. Dann kann sich der ADC Zeit lassen. Da der interne AVR ADC viel schneller ist, wäre es möglicherweise auch ausreichend den Instrumentverstärker einfach dem AVR vorzuschalten und die Spitzenwerterkennung in FW machen. 10-bit sollten da schon ausreichend sein. Vielleicht kommst Du dann auf g +/- 1-2%, oder besser. Es wäre auch interessant, das Experiment in einer dichten Plexiglass Röhre zu wiederholen und so gut es geht evakuieren. Ich habe aus der Bucht einige Diaphgrampumpen. Damit komme ich auf -0.3 Bar Vakuum. Das könnte schon einen meßbaren Unterschied bewirken. VG, Gerhard
Ich habe den freien Fall noch mit Excel mit und ohne Luftwiderstand simuliert. Ohne Luftwiderstand komme ich logischweise auf eine Erdbeschleunigung von g = 9.81 m/s². Mit Luftwiderstand (c_w = 0.45 für eine Kugel, m = 4.10 g, A = 78.5 mm², Luftdichte = 1.25 kg/m³) erhalte ich eine Erdbeschleunigung von 9.796 m/s². Meine doch recht deutliche Abweichung mit g = 9.50 m/s² liegt also nicht am Luftwiderstand, sondern anderen Messeinflüssen...
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Ca. im Jahr 2007 habe ich schon einmal einen grünen DPSS-Laser (diode pumped solid state) gebastelt. Die Basis bildete eine 808nm-IR-Laserdiode und ein Nd:YVO4-KTP-Kristall. Der Nd:YVO4-Kristall wandelt die 808 nm in 1064 nm um. Der KTP-Kristall verdoppelt dann die Frequenz, sodass grünes Laserlicht mit 532 nm ensteht. DPSS-Laser werden zunehmend von reinen Diodenlaser abgelöst, aber ich finde die 532 nm nach wie vor als das schönste grün. Neulich bin ich dann bei ebay.com über einen günstigen Nd:YVO4-KTP-Kristall gestolpert. Den musste ich natürlich gleich kaufen. Die passenden 808nm-IR-Laserdioden mit 500 mW Leistung wurden gleich mitgeordert. Der Aufbau ist aber alles andere als einfach und nichts für Ungeduldige. Der IR-Laserstrahl muss ganz genau auf den Eintritt des Nd:YVO4-KTP-Kristalls fokussiert werden. Erst dann kann man mit Geduld dem Kristall grünes Laserlicht entlocken. Der Wirkungsgrad liegt bei nur 20%. Das heißt, bei 500 mW Pumpleistung kann bestenfalls mit 100 mW grünem Laserlicht gerechnet werden. In meinem Fall sind es viel, viel weniger. Aber wenn man nach etlichen Versuchen dann das erste grüne Laserlicht erblickt, freut man sich sehr. Wirtschaftlich ist der gesamte Aufbau natürlich nicht. Fix und fertige grüne DPSS-Laser bekommt man für kleines Geld nachgeworfen. Link zu mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/dpss-laser/
Vor mehr als 15 Jahren habe ich teilweise mit aus einem DVD-Brenner ausgeschlachteten Teilen (halbdurchlässiger Spiegel, Laserdiode) ein Michelson-Interferometer gebastelt. Das hat auch sehr gut funktioniert und ich kann mich noch gut an die Freude erinnern, als ich die ersten Interferenzstreifen sehen konnte. Nun bin ich im Phywe-Katalog (https://www.phywe.de/physik/licht-und-optik/beugung-und-interferenz/magnetostriktion-mit-dem-michelson-interferometer_27239_29252/) auf eine Anwendung des Michelson-Interferometers gestoßen und zwar die Magnetostriktion. Ferromagnetische Stoffe ändern dabei ihre Länge, wenn sie einem magnetischen Feld ausgesetzt werden. Diese Längenänderung spielt sich im µm-Bereich ab. Dies lässt sich aber mit einem Interferometer "leicht" nachweisen. Der sog. Magnetostriktionskoeffizient delta_L/L_0 = (L - L0)/L0 gibt die relative Längenänderung an. Jetzt könnte man natürlich behaupten, da fehlt ja komplett die Magnetfeldabhängigkeit dieser relativen Längenänderung. Und in der Tat wächst zunächst diese Längenänderung mit zunehmenden Magnetfeld H an. Sie erreicht dann aber einen bestimmten konstanten Wert, den man eben in Tabellen wiederfindet. Für Nickel beträgt dieser ca. -50 * 10^-6 ab magnetischen Feldstärken um die 60000 A/m. Ein 1 m langer Nickelstab ändert also bei H > 60000 A/m seine Länge um -50 µm, er wird also konkret kürzer. Für das Experiment habe ich mir einen 10 cm langen Nickelstab günstig bestellt. Demnach erwarte ich eine Längenänderung von rund 5 µm. Die Auflösung mit dem Michelson-Interferometer beträgt ja ca. lambda/4, also bei roten Laserlicht 160 nm. Dürfte also kein wirkliches Problem sein, die Interferenzringe wandern zu sehen, wenn der Nickelstab einem ändernden Magnetfeld ausgesetzt wird. Oberflächenspiegel von Astromedia habe ich hier bestellt: https://pgi-shop.de/astromedia/lenses-mirrors-foils/mirror/ Die Aluminiumteile für den mechanischen Aufbau (5 mm starke Grundplatte mit den Abmessungen 30 x 20 cm) kommen von https://www.cncshop.at/Aluminium-Platte-AlMg45Mn-H111-5-mm-x-200-mm-x-300-mm-mm-Alu-je-Stk Druckfedern hatte ich noch im Fundus, genauso wie einen roten 100 mW Laser. Passende M3 Schrauben mit Inbuskopf habe ich bei Amazon geordert. Einen halbdurchlässigen Spiegel hatte ich zum Glück auch noch von meinen vorangegangenen Optikprojekten. Weiterführende Links zum Thema Magnetostriktion: https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetostriktion https://www.spektrum.de/lexikon/physik/magnetostriktion/9390 https://www.researchgate.net/figure/Magnetostriction-curves-characteristic-of-Ni-thick-and-Fe-thin_fig3_321387980 https://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Magnetostriction Wenn die bestellten Teile angekommen sind und ich weiterbasteln konnte, berichte ich von meinen Fortschritten. Und wenn ich wo nicht weiterkomme habe ich zumindest tatkräftige Unterstützung von shady, dem Hund meiner Tochter ;-)
Da das feine Korkmehl aus Portugal eingetroffen ist, konnte ich noch weitere Versuche mit meinem Kundtschen Rohr machen. Mit Trillerpfeife funktionierte es leider nicht und ich konnte keine Schwingungsbäuche und -knoten ausmachen. Mit Leistungsverstärker + Lautsprecher klappte es aber dann. Bei f = 600 Hz (Grundschwingung), 1216 Hz (erster Oberton) und 1740 Hz (zweiter Oberton) konnte ich schöne stehende Wellen beobachten. Für 1740 Hz waren insgesamt 3 Schwingungsbäuche zu beobachten mit einem Abstand von jeweils 10 cm = lambda/2. Daraus ergibt sich die Schallgeschwindigkeit zu c = lambda * f = 0.2 * 1740 = 348 m/s, was sehr gut passen würde. Der Versuch mit dem Kundt'schen Rohr ist somit abgeschlossen...
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Der Bau des Michelson-Interferometers schreitet voran, nachdem diese Woche die Aluteile eingetroffen sind. Die Platten mit den M3-Gewinde musste ich aber zweimal schneiden, nachdem die Schrauben beim ersten Mal nicht im Gewinde hielten. Jetzt warte ich noch auf die Oberflächenspiegel und den Nickelstab... Unter einem der Oberflächenspiegel werde ich einen Piezosummer montieren, damit ich dessen Position elektrisch verändern kann. Also quasi der Versuch zur Elektrostriktion.
So, die simple Piezoansteuerung mittels Spannungsteilerpotentiometer ist fertig. Aus Versuchen mit meinem Fabry-Perot-Interferometer weiß ich, dass die Längenänderung pro Volt ca. im Bereich von 400 nm liegt. Mit der 9V Batterie kann ich also einen größeren Bereich abdecken... Die Grundplatte hat nun Füße und die ersten Komponenten sind darauf festgeschraubt. Die Spule für die Magnetostriktion ist auch schon fertig. Ihr ohmscher Widerstand beträgt 6.4 Ohm und die Flussdichte B beträgt 2.2 mT pro Volt. Das entspricht einer magnetischen Feldstärke von 1751 A/m pro Volt. Gehe ich also mit der Spannung bis auf 30 V rauf, erziele ich damit eine Feldstärke von 52530 A/m. Damit komme ich in die Gegend der gesättigten Magnetostriktion bei Nickel (siehe obiger Graph Michelson-Interferometer_45). Das würde also auch einigermaßen passen, mal schauen...
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Der 10 cm lange Nickelstab (Durchmesser 8 mm) ist angekommen und ich konnte axial vorsichtig ein M3-Gewinde hineinschneiden. Damit fixiere ich die Spiegelhalterung. Jetzt warte ich eigentlich nur noch auf die Oberflächenspiegel von Astromedia, dann kann ich schön langsam den Aufbau finalisieren... Auf Amazon habe ich mir noch 8 mm und 12 mm Wellenhalterungen bestellt für den Nickelstab bzw. die Aufweitungslinse am Ausgang des Michelson-Interferometers. Links: https://www.amazon.de/dp/B086TYFVK7 https://www.amazon.de/gp/product/B07QDHMXCK
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Die Oberflächenspiegel von Astromedia sind angekommen. Ganz perfekt ist ihre Oberfläche leider nicht. Mal schauen, ob dies einen negativen Einfluss auf die Ergebnisse hat. Jetzt fehlen nur noch die beiden Wellenhalterungen. Die sollten morgen und am Samstag ankommen... Und dann habe ich meinen Mini-Marxgenerator angeworfen. Gespeist wird er von einem 3kV/DC HV-Modul. Gibt dann am Ausgang schöne Entladungen von ca. 15 mm Länge. Einen deutlich größeren Marxgenerator mit ca. 150 kV am Ausgang habe ich ja schon vor längerer Zeit gebastelt. Hier der Link dazu: https://stoppi-homemade-physics.de/marxgenerator/
um es nochmal zu erwähnen: Ich finde das absolut großartig, wie du McGyver mäßig aus "fast nix" wundervolle Experimente zusammen baust und dokumentierst!
Vielen Dank für deinen netten Kommentar, Wegstabenverbuchsler. Das ist eigentlich die Intention meiner Physikprojekte. Mit wenig Geld und einfachen Werkzeug anspruchsvollere Experimente umzusetzen... Heute ist die 8 mm Wellenhalterung angekommen und so konnte ich den Aufbau fortsetzen und erstmals testen. Es sind schöne Interferenzstreifen zu sehen, Heureka... Jetzt muss ich nur noch die Halterung für die Aufweitungslinse montieren, dann kann ich die Magnetostriktion überprüfen. Die Elektrostriktion mit dem Piezoelement habe ich bereits durchgeführt. Ich erhalte bei 0-8V so ziemlich genau eine vollständige Wanderung der Interferenzstreifen, also eine Wegänderung von lambda/2 = ca. 325 nm. Das ist weniger als gedacht. Ich werde die Piezoscheibe noch mit mehr Spannung ansteuern und die Wanderung der Streifen kontrollieren...
Ich habe heute den Versuch zur Elektrostriktion mit der Piezoscheibe für Spannungen von 0-24V wiederholt und das Interferenzmuster wandert dabei um 3 vollständige Ringe, was einer Wegänderung von 3 * lambda/2 = ca. 1000 nm entspricht. Die Piezoscheibe verändert also ihre Dicke um 1000/24 = ca. 40 nm/Volt. Das ist wie schon gesagt weniger als gedacht. Soweit ich das richtig in Erinnerung habe, hat sich der Piezo im Fabry-Perot-Interferometer um ca. 325 nm/V gedehnt. Müsste es aber noch einmal überprüfen. Wundert mich aber, wenn dermaßen große Unterschiede zwischen den Piezos bestehen würde... Und dann habe ich noch den Versuch zur Magnetostriktion durchgeführt. Ich konnte eine schöne Wanderung der Interferenzstreifen beim Anlegen des Magnetfelds beobachten. Diese rührt eindeutig vom Magnetfeld her und nicht von einer eventuellen Erwärmung des Nickelstabs in der Spule, da ich die Richtung der Wanderung durch Reduzierung des Magnetfelds wieder gleich umkehren konnte. Wenn ich die Spannung an der Spule von 1.4 V auf 3.4 V erhöhe, wandert das Interferenzmuster um 1 kompletten Ring, was einer Wegänderung von Lambda/2 = 325 nm entspricht. Das Magnetfeld der Spule beträgt im Inneren 1751 A/m pro Volt. Ich gehe von einem mittleren Magnetfeld von 1500 A/m pro Volt aus. Also hat sich das Magnetfeld bei einer Spannungserhöhung um 2 V um 3000 A/m gesteigert. Die Länge des Nickelstabs innerhalb der Spule betrug ca. 7 cm. Also ergibt dies eine relative Längenänderung von 325 nm/0.07 m bei einer Magnetfeldsteigerung um 3000 A/m. Die Steigung macht also 1.55 * 10^-9 1/A/m aus. Ich habe dann die Anfangssteigungen der relativen Längenänderung anhand mehrerer Graphen bestimmt. Bei einer Abbildung komme ich auf eine relative Längenänderung von 1.68 * 10^-9 pro A/m. Das würde sehr gut passen. In einem anderen Graphen beträgt die Anfangssteigung allerdings 5 * 10^-9 pro A/m. Also unterscheiden sich auch die Internetquellen gehörig...
Moin, Ist es möglich, daß die Piezoscheibe in so einer Weise ungünstig montiert ist, so dass die freie Bewegung der Zentralregion der Scheine etwas behindert wird? Vielleicht montiere die Piezoscheibe so, daß sie in 120 Grad Abständen nur an den Seiten gehalten wird. Dann kann sich der Transducer frei bewegen. Auch ein kleiner Lautsprecher (Hörkapsel) ließe sich dafür verwenden. Dann brauchst Du halt stabile Stromeinstellung für die Bewegung der Membrane. Die Sensecomp Series 6500 Transducer dürften sich auch dafür gebrauchen lassen; allerdings wird dazu eine viel grössere Spannung notwendig sein. Ich verwendete vor Jahren als Experiment auch so ein Verfahren um einen DRO auf 10GHz in einer PLL als "Abstimmdiode" missbraucht, abzustimmen. Das ist für mich übrigens eines Deiner tollsten Experimente. Hätte selber Lust es im Winter nachzuvollziehen. Gerhard
Möchte man anstelle der Interferenzstreifen Ringe erhalten, muss man eine Sammellinse (Anm.: Meine stammt wieder von Astromedia und besitzt eine Brennweite von f = 26.5 mm) in einen der beiden Michelson-Arme einbauen. Anhand der Interferenzringe sieht man eine Wanderung des Interferenzbilds etwas besser als bei den Streifen. Ich habe aber nach wie vor leichte Probleme mit der Elektrostriktion und Magnetostriktion. Bei der Elektrostriktion wandert das Muster einigermaßen kontinuierlich, wenn ich die Piezospannung verstelle. Allerdings nur um ca. 1 Ring bei 8 V, was mMn deutlich zu wenig ist. Dies wären nämlich nur ca. 40 nm/V. Ich habe deshalb neue Piezoscheiben bestellt. Wenn diese angekommen sind, teste ich sie gleich… Bei der Magnetostriktion wandern zwar mehr Ringe, aber es ist keine so schöne stetige Veränderung des Musters feststellbar. Vielmehr scheint das Muster bei Veränderung des Magnetfelds zu springen. So kann ich dann nur schwer sagen, wieviele Ringe es weitergewandert ist. Auch darum werde ich mich noch kümmern. Wenn ich die Spiegel mit der Hand bewege, wandert das Muster aber wie zu erwarten ist, sehr stark. Von daher scheint es einmal prinzipiell mit den Interferenzen zu passen.
Eine sehr einfache Schaltung zum Thema magnetische Levitation habe ich noch im Köcher. Benötigt wird ein Hallsensor SS495, ein Operationsverstärker, paar Widerstände und Kondensatoren, ein IRF4905 und eine Spule Kupferlackdraht. Mit dem Potentiometer kann der optimale Arbeitspunkt eingestellt werden...
Meinen Induktionsheizer basierend auf der bekannten ZVS-Schaltung (Mazzilli-Konverter) habe ich noch nicht gezeigt. Bei 16 V Eingangsspannung zieht die Schaltung knapp 5.5 A. Als Testobjekt habe ich eine Schraube genommen. Diese bringt man nach einiger Zeit zur Rotglut... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/induktionsheizer/
Nach zweimonatiger Absenz melde ich mich mit einigen abschließenden neuen Projekten zurück. 1.) Bragg-Reflexion von 60 keV Gammastrahlung an LiF-Einkristall: Dankenswerterweise bekam ich von der Firma Korth Kristalle (https://www.korth.de/) kostenlos einen Lithiumfluorid-Einkristall zugesandt. Vielen lieben Dank dafür, ich habe mich riesig darüber gefreut. In meinem Briefkasten befanden sich aber auch 5 NaCl-Einkristalle der Firma FIAS (http://www.fias.at/). Auch darüber habe ich mich sehr gefreut, vielen Dank dafür an Frau Elisabeth Firsching... Ich werde aber aufgrund der geringeren Gitterkonstante den LiF-Kristall ausprobieren. Anstelle von Röntgenstrahlung versuche ich es mit der 60 keV Gammastrahlung von Americium-241. Da deren Energie verglichen mit Röntgenstrahlung sehr hoch ist, benötige ich für ausreichend große Bragg-Winkel eben eine möglichst geringe Gitterkonstante des Einkristalls. Für den mechanischen Aufbau habe ich über willhaben.at gebrauchtes Matador-Holzspielzeug und über ebay Winkelschablonen bestellt. Als Detektor dient mein Geiger-Müller-Zählrohr. 2.) Kugelpendel Lässt man eine Metallkugel auf einem sphärischen Hohlspiegel los, so vollführt diese Schwingungen. Die Periodendauer der Schwingung ist gleich 2*Pi*Wurzel(R/g). Durch Messung dieser kann also der Krümmungsradius R und daraus die Brennweite f = R/2 des Hohlspiegels bestimmt werden. 3.) Pulsmesser mit IR-LED und IR-Fototransistor Hier werde ich die relativ einfache Schaltung mit einer IR-LED und einem IR-Fototransistor umsetzen. 4.) Newtonsche Ringe Auf aliexpress wird ein Apparat zur Erzeugung Newtonscher Ringe sehr günstig angeboten. Diesen bestellte mir ein netter Forumskollege aus der Schweiz für mich, da ja aliexpress seit 2023 weitestgehend nicht mehr nach Österreich versendet. Beleuchtet wird der Apparat mit einem grünen DPSS-Laser und Aufweitungsoptik. Für die Radien der Newtonschen Ringe gilt dann die Beziehung r² = k * n (n...Zählvariable). Diese Formel werde ich dann mittels der Software "Tracker" überprüfen. 5.) Da ich mir leider einen der beiden Lautsprecher meines Lissajous-Laserprojektors zerstört habe, musste ich mir neue Lautsprecher über ebay besorgen. Zur Erzeugung der Lissajous-Figuren werde ich einen Lautsprecher an einen 4V/50Hz Trafo hängen und den zweiten Lautsprecher mit meinem Leistungsverstärker und Funktionsgenerator-App ansteuern. 6.) Kennlinie einer Solarzelle und Experiment mit Solarzelle Zur Aufnahme der Kennlinie einer Solarzelle habe ich mir über Amazon eine Widerstandsdekade besorgt. Damit kann ich stufenweise Widerstände zwischen 0 und 9.999999 Megaohm einstellen. Weiters werde ich überprüfen, ob zwischen Kurzschlussstrom und Beleuchtungsintensität ein linearer Zusammenhang besteht. Bei einem schönen Experiment werde ich dann die Solarzelle mit einer 12V/50W Halogenlampe unter verschiedenen Winkeln und Entfernungen beleuchten. Der Kurzschlussstrom müsste dann ein Maximum aufweisen... 7.) Elastizitätsmodul Das Elastizitätsmodul von verschiedenen Materialien werde ich einmal mittels Drahtdehnung und dann mittels Biegung einer Metallleiste bestimmen. Zur Ermittlung der Kraft F zur Verbiegung der Metallleiste habe ich mir günstig über Amazon eine Kofferwaage besorgt. 8.) Elektrochemische Spannungsreihe Zur Aufstellung der elektrochemischen Spannungsreihe habe ich mir einige Metalle besorgt. Konkret Nickel, Kupfer, Aluminium, Eisen, Zink, Silber, Titan, Wolfram und Blei. Diese werde ich in eine Zitrone stecken und die Spannung messen. 9.) Regel von Dulong-Petit Die Regel von Dulong-Petit besagt, dass die molare spezifische Wärmekapazität von Festkörpern 3 * Gaskonstante R betragen soll. Daher werde ich die spezifische Wärmekapazitäten von Kupfer, Aluminium und Eisen bestimmen. Hierzu erwärme ich die Metallwürfel in einem kochenden Wasserbad und bestimme dann die Mischungstemperatur mit kalten Wasser. Zum Schluss rechne ich die spezifischen Wärmekapazitäten in J/kg*°C ind J/mol*°C um und hoffe 3R für alle Metalle zu erhalten. 10.) Bestimmung des Adiabatenkoeffizienten von Luft nach Clement-Desormes Mit der Methode nach Clement-Desormes lässt sich einfach der Adiabatenkoeffizient von Gasen/Luft bestimmen. Hierfür pumpe ich einen Behälter auf einen bestimmten Überdruck auf und lasse dann die Luft schnell aus. Bei dieser adiabatischen Zustandsänderung kühlt die Luft ab. Danach verschließt man das Ventil und der Innendruck beginnt dann durch die langsame Erwärmung wieder zu steigen. Aus dem erzielten Endüberdruck und den Überdruck zu Beginn lässt sich der Adiabatenkoeffizient berechnen. Für Luft sollte dieser bei 1.4 (5 Freiheitsgrade) liegen. Als Drucksensor kommt der Adafruit MPRLS zum Einsatz. Diesen habe ich auch über Amazon (https://www.amazon.de/dp/B07Q5TCTBZ) bestellt.
Da ich heute die Solarzelle und die 12V-Halogenlampe besorgt habe, konnte ich den Kurzschlussstrom I der Solarzelle in Abhängigkeit von der Lampenleistung P aufzeichnen. Eigentlich hätte ich mit einem schön linearen Zusammenhang gerechnet. Der Graph weicht davon aber "leicht" ab. Warum dies so ist, ist mir im Moment schleierhaft. Als nächstes werde ich mit meiner gekauften Widerstandsdekade die Kennlinie I(U) der Solarzelle aufnehmen. Und dann habe ich noch einen schönen Versuch mit der Solarzelle vor, bei dem es theoretisch um eine Extremwertaufgabe geht...
Christoph E. schrieb: > Der Graph weicht davon aber "leicht" > ab. Warum dies so ist, ist mir im Moment schleierhaft. Vlt deswegen, weil bei geringerer Lampenleistung mehr Rot-Anteile im Lampenlicht sind und die Solarzelle dort weniger empfindlich ist?
Vielen Dank Johannes für deinen wertvollen Kommentar, das wird wohl der Grund sein. Habe mir die spektrale Empfindlichkeit von Solarzellen angeschaut und die steigt bei Wellenlängen < 1200 nm bzw. < 900 nm stark an. Von daher liegt die Plankkurve der Halogenlampe bei niedrigen Leistungen noch viel zu weit im Infraroten 😉 Danke also nochmals...
Das Extremwert-Experiment mit der Solarzelle konnte ich auch schon durchführen. Dabei befindet sich die Solarzelle im horizontalen Abstand a = 30 cm vom Lampenstativ. Die Höhe h der Lampe über der Solarzelle wurde zwischen 100 cm und 0 cm variiert. Laut Theorie sollte der Kurzschlussstrom bei a/Wurzel(2) = 30/Wurzel(2) = 21.2 cm ein Maximum aufweisen. Mein experimenteller Graph weist bei rund 20 cm sein Extremum auf, was sehr gut zur Theorie passt...
Nachtrag zu meinen Versuchen mit einer Solarzelle: Kennlinie I(U) und abgenommene Leistung P in Abhängigkeit vom Lastwiderstand R. Da die Leistung dann maximal wird, wenn der Lastwiderstand gleich groß wie der Innenwiderstand ist, beträgt letzterer bei der Solarzelle rund 300 Ohm. R_i kann man sich auch aus Leerlaufspannung (rund 2 V) und Kurzschlussstrom (6 mA) ausrechnen...
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Christoph E. schrieb: > Von daher liegt die Plankkurve der Halogenlampe bei niedrigen > Leistungen noch viel zu weit im Infraroten ... Statt dessen versuche das Gleiche mit weißen LED. Oder variere die Intensität der Halogenlampe über den Abstand.
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Der Versuch Solarzelle und 12V-Halogenlampe würde mich noch auf eine weitere Idee bringen.Eine Halogenlampe erzeugt nicht nur sichtbares Licht, sondern soweit mir noch in Erinnerung auch breitbandiges Rauschen im HF-Bereich.Dies sollte mit einem klassischen Radio mit eingebauter Ferritantenne auf Langwelle oder Mittelwelle in der Nähe der Halogenlampe nachweisbar sein. Ob eine Spule und ein NF-Verstärker auch reichen, weis ich nicht. Mangels Halogenlampe hier auch nicht probierbar.Vor langer Zeit gab es dazu mal die Idee, eine Halogenlampe als Rauschgenerator zu verwenden.Das war vor der Internet-Zeit, eine Internetsuche danach hat hier nur Müll geliefert.
Versuch zum Kugelpendel: Lässt man eine Kugel auf einem sphärischen Hohlspiegel ohne Seitwärtsbewegung los, so vollführt sie harmonische Schwingungen. Aus deren Periodendauer tau lässt sich der Krümmungsradius R und damit die Brennweite f = R/2 bestimmen. Ein Optikversuch also rein mit Stoppuhr... Den Hohlspiegel mit möglichst geringer Brennweite habe ich auf ebay.com gekauft. Die Überprüfung der so ermittelten Brennweite erfolgte dann noch optisch mittels zweier parallel ausgerichteter Lasermodule. Während ich für die Brennweite mittels Stoppuhr einen Wert von f = 16.7 cm erhielt, lag das Ergebnis mit den beiden Lasern bei rund 13 cm... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/kugelpendel/
Versuch zur Regel nach Dulong-Petit: Die molare spezifische Wärmekapazität von Metallen soll gleich 3*R (R...Gaskonstante) = 3 * 8.3 = 25 J/mol*°C betragen. Also habe ich die spezifischen Wärmekapazitäten von Kupfer, Aluminium und Eisen bestimmt, indem ich zuerst die Metallwürfel im Wasserkocher auf 100°C erhitzt habe und dann die Würfel in ein mit Wasser gefülltes Gefäß gab. Aus der Temperaturerhöhung, den Massen (Wasser und Metallwürfel) und der bekannten spezifischen Wärmekapazität von Wasser konnte dann c_Metall in J/kg*°C bestimmt werden. Mit der Molmasse der drei Metalle folgt dann die molare spezifische Wärmekapazität. Meine Ergebnisse: Aluminium: c = 968 J/kg*°C, c_mol = 26.1 J/mol*°C Kupfer: c = 393 J/kg*°C, c_mol = 24.9 J/mol*°C Eisen: c = 494 J/kg*°C, c_mol = 27.6 J/mol*°C Mit den Ergebnissen bin ich eigentlich mehr als zufrieden, Heureka...
Christoph E. schrieb: > Während > ich für die Brennweite mittels Stoppuhr einen Wert von f = 16.7 cm > erhielt, lag das Ergebnis mit den beiden Lasern bei rund 13 cm... Ich glaube, der Fehler liegt in der sehr vereinfachten Dgl.(Pendel). Nutzt man den Energieerhaltungssatz (siehe Anlage) konsequent (Rotationsenergie + Translationsenergie + potentielle Energie), dann kommt man bei realen Werten für eine Kugel auf die von dir ermittelten 13 cm.
@Joe: Danke für deinen Input. Warum rechnest du aber mit R = f/2? Es gilt ja f = R/2. Deine periodendauer stimmt daher auch nicht...
Christoph E. schrieb: > Meine Ergebnisse: > Aluminium: c = 968 J/kg*°C, c_mol = 26.1 J/mol*°C > Kupfer: c = 393 J/kg*°C, c_mol = 24.9 J/mol*°C > Eisen: c = 494 J/kg*°C, c_mol = 27.6 J/mol*°C Faszinierende Ergebnisse! Interessant ist auch der Zusammenhang von Dichte und spezifischer Wärmekapazität der Metalle. Je höher die Dichte, desto geringer die Wärmekapazität. Ist ja auch logisch, denn es stehen bei höherer Dichte weniger Atome bei gleicher Masse zum "Herumzappeln" zur Verfügung. Was mich erstaunt ist, dass die c_mol Werte der drei so unterschiedlichen Metalle so ähnlich sind. Müssten schwerere Atome nicht mehr Wärmeenergie speichern können? die kinetische Energie ist ja E = 1/2mv². Die Energie also proportional zur sich bewegenden Masse. Dichte: Aluminium: 2,7 g/cm³ Eisen: 7,9 g/cm³ Kupfer: 8,9 g/cm³
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Christoph E. schrieb: > Deine periodendauer stimmt daher auch nicht. Weil ich mich vertan habe, einfach nochmals mit f=R/2 durchrechnen. Das Prinzip bleibt ja gleich. Die Kugel wird durch den zusatzlichen Drehimpuls langsamer.
Vor etlichen Jahren habe ich einen einfachen Lissajous-Laserprojektor gebastelt. Leider habe ich mir unlängst einen Lautsprecher durchgeschossen. Also musste Ersatz her und ich habe auf ebay.com zwei Lautsprecher bestellt. Diese sind nun angekommen und so konnte ich den Projektor reparieren. Im Gegensatz zur Schule stehen mir hier leider keine zwei Leistungsfunktionsgeneratoren zur Verfügung. Also musste ich improvisieren und hänge an einen der beiden Lautsprecher einen 4VAC/50Hz Trafo. Der zweite Lautsprecher wird dann von meinem Leistungsoperationsverstärker angesteuert. Dazu verwende ich eine Funktionsgenerator-App. Die Ergebnisse waren leider nicht so schön wie mit den beiden FG in der Schule. Die Figuren waren verformt und zudem hatte ich eine wandernde Phasenverschiebung. Aber man erkennt die verschiedenen Figuren in Abhängigkeit vom Frequenzverhältnis...
Danke für deinen Tipp, Henrik. Ich werde mir beim lokalen Elektronikhändler (https://www.neuhold-elektronik.at/catshop/) einen 2x15W Verstärker besorgen und den dann mit einer Smartphone-Funktionsgenerator-App ansteuern. So hoffe ich, dass der Lissajous-Projektor bei höheren Frequenzen als 50 Hz schönere Figuren zeichnet... Und dann hätte ich noch ein einfaches Experiment zur Lorentzkraft, die sog. Stromwaage. Dabei wird die Kraft auf einen stromdurchflossenen Draht im homogenen Magnetfeld ermittelt, welche ja laut der Formel F = I L B sein sollte. Schulmittelhandel: https://www.phywe.de/versuche-sets/hochschulversuche/stromwaage-kraft-auf-stromdurchflossene-leiter-im-magnetfeld-mit-dem-strommessgeraet_9520_10451/ Mein Experiment liefert eine Kraft von 7.97 mN pro Ampere. Laut Theorie sollten es um die 8.55 mN/A sein, was also recht gut passen würde... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/lorentzkraft-stromwaage/
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Beim letzten lokalen Elektronikladen habe ich gestern noch ein 2x10W Verstärkermodul für den Lissajous-Laserprojektor gekauft. Gespeist wird das Modul von einem sehr günstigen Frequenzgenerator mit dem XR2206. Die damit erzielten Figuren waren schöner/glatter als mit dem 4 VAC-Trafo. Damit ist dieses Projekt auch beendet...
Experiment nach Clément und Désormes zur Ermittlung des Adiabatenkoeffizienten. Da ich das Nutellaglas nicht luftdicht bekam, habe ich mich für eine 1.5 Liter Getränkeflasche entschieden und das Ventil bzw. den Schlauchstutzen eingeklebt. Leider ist die zweite Druckzunahme nach erfolgter adiabatischer Expansion geringer als erhofft. Der so ermittelte Adiabatenkoeffizient liegt damit mit 1.22 deutlich niedriger als der Sollwert 1.4 für zweiatomige Gase wie Luft. In den meisten Fällen lag der isochore Druckanstieg noch einmal niedriger und daher der bestimmte Adiabatenkoeffizent bei nur etwa 1.1. Man muss aber auch sagen, dass der erste Überdruck vor der adiabatischen Expansion nur wenige mbar beträgt und daher die nachfolgende adiabatische Temperaturabnahme sehr gering ist. Die adiabatische Druckabnahme erfolgt bei mir durch das dünne Fahrradventil wohl auch deutlich zu langsam. Aber es kann eben nicht jedes Experiment so laufen wie man sich das gerne wünscht ;-) Ich wünsche Euch ein frohes Weihnachtsfest mit dem einen oder anderen erhofften Packerl unterm Weihnachtsbaum...
Du bist ein total krankes Genie, ich würde dir empfehlen dich bei einer Rüstungsfirma oder Geheimdienst zu bewerben, oder besser gesagt, zeig denen diese Sachen und die werben dich an ;-D Soviel Talent muss sinnvoll genutzt werden. Ziehe Hut
Was vielleicht in Richtung der Kraftmessung am stromdurchflossenen Leiter geht: Ich überlege schon die ganze Zeit, wie ich die Kraft eines Elektromagneten messen könnte. Den Elektromagneten habe ich noch nicht und müsste mir einen bauen. Meine erste Idee ist: - M8 Schraube aus dem Baumarkt - Spulenkörper drucken - N-Windungen Wickeln Es gibt verschiedene Herausforderungen: Ist eine Baumarktschraube ein geeigneter Magnetkern? Was soll als Eisenstück das der Elektromagnet anziehen sollte? Die Idee wäre: - Eisengegenstück auf ein Gewicht kleben - das ganze auf eine Briefwaage legen - Magnet mit Konstantstrom darüber Habt ihr bessere Ideen?
@ Christoph M.: Ich würde sagen, Versuch macht klug. So mache ich es bei meinen Experimenten auch immer ;-) Zuletzt habe ich die unterschiedlichen Experimente zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls E von Metallen zusammengetragen. Ich komme auf 3 sehr einfache Experimente: 1.) Bestimmung des Elastizitätsmoduls E mittels Drahtdehnung. Hier verwendet man die Beziehung Sigma = F/A = E * delta_L / L. Als Draht kam bei mir ein 0.2 mm Kupferdraht zum Einsatz. Zuerst wollte ich den Draht mit unterschiedlichen Gewichten belasten. Dabei riss mir immer der dünne Kupferdraht. Daher habe ich ein Ende mit der Kofferwaage verbunden und am anderen Ende zunehmend mit der Hand gezogen. Ich komme auf eine Dehnung von 3 mm bei einer "Kraft" von 1.26 kg. Das so ermittelte Elastizitätsmodul E liegt sehr nahe am Sollwert. 2.) Bestimmung von E mittels Biegung einer Metallleiste Belastet man das Ende einer einseitig eingespannten Metallleiste mit der Kraft F, so biegt sich diese um die Strecke h durch. Es sollte eine lineare Beziehung F = k * h bestehen. Die beiden Metallleisten (4 mm Stahl, 2 mm Aluminium) habe ich von meinem jüngsten Sohn zu Weihnachten geschenkt bekommen. Das sind dann immer die tollsten Geschenke für mich ;-) Die "Federkonstante" von Stahl betrug rund 552 N/m, jene von Aluminium nur 55.2 N/m. Die auf diese Weise erhaltenen Werte fürs Elastizitätsmodul passen auch recht gut. 3.) Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Festkörpern Vor langer Zeit habe ich einmal eine Simulations zur Wellenausbreitung in Festkörpern programmiert. Hierzu habe ich einfach Teilchen der Masse m über Federn mit der Federkonstante k mit ihren Nachbarn verbunden. Lenkt man das erste Teilchen ganz links einmalig aus, so breitet sich die Welle schön nach rechts aus. Deren Geschwindigkeit v habe ich dann in Abhängigkeit von k und m ermittelt und erhalte als Beziehung v = Wurzel(k/m). Sucht man in der Literatur nach einer Formel für v, so findet man v = Wurzel(E/ro). Die Übereinstimmung ist verblüffend. Anstelle der Federkonstante k tritt das Elastizitätsmodul E und anstelle der Masse m befindet sich in der Formel die Dichte ro. Zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit habe ich einfach zwei Mikrofone mit der Stahlleiste im Abstand von 0.9 m gekoppelt und dann auf ein Ende der Leiste geschlagen. Die beiden Audiosignale werden mit der Software Audicity aufgezeichnet. Ich komme auf diese Weise auf eine Schallgeschwindigkeit von mehr als 5500 m/s. Damit ergibt sich ebenfalls ein recht guter Wert für das Elastizitätsmodul E... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/elastizitaetsmodul/
Christoph M. schrieb: > Ist eine Baumarktschraube ein geeigneter Magnetkern? Nein. Weil ihr Material hartmagnetische Eigenschaften hat, es wird nach erstmaliger Bestromung als selbstgebauter Elektromagnet zum Dauermagneten. Gerade die Eigenschaft "elektrisch steuerbarer Magnet" wird mit diesem Kern also nicht erfüllt.
Heinrich K. schrieb: > selbstgebauter Elektromagnet zum > Dauermagneten. Kann man aber auch wieder ummagnetisieren.(?)
Christoph E. schrieb: > Sucht man in der Literatur nach einer Formel für v, so findet man v = > Wurzel(E/ro). Die Übereinstimmung ist verblüffend. Die Formel ist nicht verblüffend, sondern die Lösung der zugehörigen Dgl. Wenn Du einen diskreten einfachen Schwinger von globalen Größen auf lokale Größen überführst, dann erhält du den von dir angewendeten Zusammenhang. Dabei wirst du auch bemerken, dass v=sqrt(c/m) oder bei dir v= sqrt(k/m) von den Einheiten her nicht stimmen kann. Es fehlt die lokale Bezugslänge. Ich habe dir mal die Herleitung ausführlich aufgeschrieben.
@ Jürgen S. Nimm doch einfach einen alten Trafo oder Drossel mit EI Kern. Lässt sich leicht demontieren und die Wicklung ist auch schon da, besser als Du sie selbst machen kannst. Und Christoph, toll Dein Engagement für anschauliche, nachbaubare Experimente. Solche Physiklehrer wünsche ich mir Flächendeckend, das würde unserem Bildungswesen sehr gut tun.
Vielen Dank für eure Kommentare bzw. physikalischen Hinweise... Ich muss mein Engagement aber auch einmal ins rechte Licht rücken. Natürlich würde man sich so einen Einsatz von sämtlichen Berufsgruppen wünschen nur wer ist so "wahnsinnig" wie ich, täglich rund 3 Stunden (wenn nicht mehr) und im Jahr rund 2000 Euro aus der eigenen Tasche nur für die bessere Ausübung seines Berufs aufbringen? Ich denke, dass kann man auch nicht von jedem verlangen. Oder macht ihr es in euren Berufen auch so? Wohl kaum... Ich mache es aber aus reiner Leidenschaft für die Physik und "nur" solch ein Antrieb ist dafür auch notwendig... Ich habe auf instructables eine Anleitung für einen Photoplethysmogrammsensor (PPG) gefunden, das musste ich natürlich auch gleich umsetzen: https://www.instructables.com/ECG-With-PPG-Using-Arduino/ Durch die Absorptionsänderungen des Gewebes/der Adern je nach Sauerstoffgehalt kann man u.a. mit einem PPG den Puls messen und noch einiges mehr. Die Schaltung ist recht einfach und funktionierte zum Glück von Anfang an. Den Verlauf zeichne ich graphisch mit dem Arduino-Serialplotter auf. Wenn man genauer schaut, erkennt man im Verlauf auch einzelne Nebenmaxima bzw. Hügel. Die genauere Analyse können dann die Schüler vornehmen. ;-)
Christoph E. schrieb: > Ich mache es aber aus reiner Leidenschaft für die Physik und "nur" solch > ein Antrieb ist dafür auch notwendig... und Wertvoll! Mein Physiklehrer Peukert damals in Leipzig hatte einen ähnlichen Antrieb und kümmerte sich darum aus den, zum Teil recht alten, Lehrmitteln viel rauszuholen und hielt die in Stand. Gründete eine Physik AG, wo auch neue Experimente vorbereitet wurden. Hat mir viel gegeben der Mann Weis leider nicht was er heute macht und ob er noch lebt. Hab ihn nur mal Ende der 90er getroffen und er war sehr traurig das man nach der Wende das meiste der Lehrmittel weggeschmissen hat und nun alles nur noch theoretisch abhandelt. Mich freut es daher um so mehr das auch Heute noch Menschen sich so engagieren. Dein neustes Projekt lässt sich ja Fachbereichsübergreifend auch im Bio-Unterricht gut einsetzen. Daumen hoch, weiter so.
Einen schönen Versuch zum Faradayschen Induktionsgesetz habe ich noch durchgeführt. Und zwar lasse ich einen Magneten in einem Kunststoffrohr durch eine Spule frei fallen und zeichne den zeitlichen Verlauf U(t) der Induktionsspannung mit dem Oszilloskop auf. Mittels Integral U(t)*dt kann man die (mittlere) Flussdichte des Magneten berechnen. Da mein Oszilloskop über keine Integralfunktion verfügt bin ich einen anderen/unkonventionellen Weg gegangen und habe das Integral quasi gewogen. Ein Kästchen besitzt die Einheit 500 mV * 2 ms = 1 mVs. Ich habe davon 9 abgewogen und dann die Masse von einem Kästchen ausgerechnet. Danach habe ich die beiden Spannungsverläufe ausgeschnitten und ebenso auf Karton geklebt und abgewogen. Auf diese Weise erhalte ich das Integral U(t)*dt mittels Waage. Einmal habe ich den Magneten aus größerer Höhe durch die Spule fallen lassen, beim zweiten Versuch besaß der Magnet eine geringere Geschwindigkeit. Die Fläche U(t)*dt sollte aber in beiden Fällen gleich sein, was auch der Fall war. Beide Kartons wogen rund 1.24 g. Mit dieser Methode komme ich auf eine "mittlere" Flussdichte des Magneten von 0.19T. Mit dem Teslameter habe ich dann sogleich die Flussdichte direkt bestimmt. In der Mitte des Magneten komme ich mit anliegenden Sensor auf rund 0.41 T. Am Rand sind es nur noch ca. 0.16T und knapp neben dem Magneten lediglich 0.03 T. Also passt mein Mittelwert mit 0.19 T eigentlich sehr gut, Heureka...
So, welche Projekte habe ich noch für 2024 vor? Viel ist es nicht mehr... 1.) Elektrochemische Spannungsreihe: Da habe ich mir einige Metalle (Nickel, Zink, Kupfer, Wolfram, Titan, Aluminium, Stahl, Silber, Blei) besorgt. Ein erster Testlauf ergab aber, dass die erhaltenen Spannungen nur kaum jenen Potentialen in der elektrochemischen Spannungsreihe entsprechen. 2.) Bragg-Reflexion von 60 keV Gammastrahlung am Lithiumfluoridkristall: Die Winkelschablonen von ebay haben sich hier zusammen mit den Matador Holzteilen hoffentlich als Glücksgriff erwiesen. Damit kann ich die beiden Winkel (phi vom Kristall und 2*phi vom Geigerzähler) wohl relativ gut einstellen. Zuerst dachte ich an eine Mechanik, welche die beiden Winkel gleichzeitig und automatisch einstellt. Davon bin ich aber mittlerweile ob der Komplexität abgekommen und habe nun vor, beide Winkel von Hand einzustellen. Holzplatte für die Grundplatte habe ich auch bereits im Baumarkt gekauft... 3.) Amperesches Gesetz: Dieses möchte ich mittels Magnetfeld B(r) eines langen, geraden Leiters in Abhängigkeit vom Abstand r zeigen. Es sollte ja gelten: B(r) = µ0*I/(2*Pi*r). Zudem leite ich das Ergebnis auch mittels Biot-Savart-Gesetz her... 4.) Raketenteststand: Hierfür werde ich mein Newtonmeter mit 480x320 Pixel Display verwenden. Bei Klima-Raketen habe ich bereits schöne Treibsätze mit 2N Schub und 5sek Schubdauer bestellt. Diese sind gestern auch schon angekommen. 5.) Newtonsche Ringe: Eigentlich war angedacht, den Apparat mit Laserlicht zu bestrahlen, damit die Interferenzringe schön zur Geltung kommen. Das hat aber bisher mehr schlecht als recht funktioniert. Unter Tageslicht sieht man die Ringe aber sehr schön. Mal schauen, ob ich mir da noch etwas überlege. Habe extra eine Lupe gekauft, damit ich das monochromatische Laserlicht kollimiere... 6.) Spirometer mit Arduino: Das habe ich eigentlich schon fertig gebastelt, da fehlt mir nur noch ein Video, was ich schlecht alleine machen kann ;-) Das Signal vom Drucksensor ist stark verrauscht. Vielleicht hänge ich da noch einen Tiefpassfilter dran. 7.) Einfache Astrofotografie mit meinem 90mm Refraktor: Der wartet zusammen mit meiner alten Canon DSLR auch noch auf seinen Einsatz. Die motorisierte Montierung habe ich auch noch nie getestet. Vielleicht wird es ja im Frühling etwas. 8.) Mein mit Abstand langwierigster Versuch: Die Aufnahme der Zerfallskurve von Polonium. Dieses hat ja eine "relativ" kurze Halbwertszeit von 138 Tagen. Seit Jänner 2021 läuft dieser Versuch... 9.) Wasserraketen: Die warten auch noch darauf, in die Luft geschossen zu werden. Habe für die Höhenmessung ja eine kleine Arduino-Schaltung mit Barometer und SD-Card gebastelt, wo auf Knopfdruck die Zeit und der Luftdruck für 30 sek gespeichert werden. 10.) Aufnahme der Dampfdruckkurve von Wasser - Clausius-Clapeyron-Gleichung: Da habe ich vor gut 20 Jahren einmal einen Versuch dazu gemacht, den ich jetzt wiederholen möchte. Zusätzlich werde ich die Dampfdruckkurve über die verschiedenen Siedetemperaturen in Abhängigkeit von der Wassertemperatur bestimmen. Habe mir dazu gerade auf Amazon eine Handvakuumpumpe gekauft. Die geht hoffentlich so ca. bis 150 mbar runter. Meine Drehschieberpumpe möchte ich ehrlich gesagt nicht dranhängen, da mir wohl der ganze Wasserdampf dann mein Öl/meine Pumpe ruiniert. 11.) Einfache Nuklearmagnetresonanz (NMR): Die Schaltung(en) dazu sind bereits fertig und auch die beiden Spulen sind gewickelt. Da fehlt mir irgendwie nur die Zeit, damit in den Wald zu fahren und zu hoffen, über Lautsprecher ein "Ping" zu hören... 12.) Ballistisches Pendel: Diesen Versuch mache ich im Physiklabor in der Schule. Jetzt habe ich mir für zuhause eine zweite Armbrust mit 50 lbs bestellt. Styrodurplatte für das Ziel habe ich bereits letzte Woche gekauft. Da muss ich mir nur noch einen schönen Würfel mit Holzbeschwerung kleben... Das war es eigentlich. Ich wünsche euch einen guten Rutsch ins neue Jahr und für 2024 vor allem Gesundheit, denn im Gegensatz zu Mikrocontrollern kann man sich diese nicht unbedingt kaufen ;-)
Hallo Christoph, May the force be with you! Wünsche Dir alles Beste fürs nächste Jahr und "Gut Gelingen" bei allen geplanten neuen Unternehmungen. VG aus Kanada, Gerhard Bezüglich Exp. 2, ginge es vielleicht mit einem Mikrostepper Motor. Trinamic hat da gute Steuer ICs, mit denen man sehr hohe Auflösungen erreichen kann. Das sollte ziemlich reproduzierbar sein, solange die Drehmomentbelastung niedrig genug ist.
Christoph E. schrieb: > So, welche Projekte habe ich noch für 2024 vor? Viel ist es nicht > mehr... Hallo Christoph, wahrscheinlich kennst Du auch den Foucault-Test bzw. das https://de.wikipedia.org/wiki/Foucaultsches_Schneidenverfahren . Das wäre meiner Meinung nach auch noch ein interessanter Versuch. Weitere Links zum Foucault-Test: https://stellafane.org/tm/atm/test/understanding.html https://telescope-optics.net/foucault_test.htm https://web.archive.org/web/19980629142016/http://www.jlc.net/~force5/Astro/ATM/Foucault/FoucaultTester.html https://wp.optics.arizona.edu/visualopticslab/wp-content/uploads/sites/52/2016/08/noninterferometric.pdf Eine alternative Methode ist der Ronchi Test https://telescope-optics.net/ronchi_test.htm P.S. Ich habe vor längerer Zeit versucht einen kleinen 6" (150 mm) Spiegel selber zu schleifen und habe ihn dabei mit dem Foucault Test getestet.
Danke für die Kommentare bzw. den Tipp mit dem Foucaultschen Test. Da ich auch an Astronomie/Teleskopen interessiert bin, kannte ich den schon. Vom Aufbau her ähnelt er extrem jenem zum Sichtbarmachen von Schlieren mit einem Teleskopspiegel. Anbei ein Photo von diesem Experiment... Den Versuch zur elektrochemischen Spannungreihe konnte ich gestern durchführen. Als Bezugselektrode habe ich Blei ausgewählt, da es auch in der elektrochemischen Spannungsreihe nahe bei 0V liegt. Meine erhaltenen Spannungen weichen aber zum Teil gehörig von den Potentialen in der Spannungsreihe ab. Zum Beispiel sollte die Paarung Titan-Blei eine Spannung von -1.63 -(-0.13) = -1.5 V ergeben. Ich messe hingegen +0.136 V. Lediglich bei Kupfer und Zink passen die Werte gut. Deren Paarung ergibt zum Beispiel eine Spannung von ca. 1 V (Sollwert 1.1 V). Dies liegt aber daran, dass ich ja keine Normal-Wasserstoffelektrode bei meinem Experiment verwende, so wie es in der elektrochemischen Spannungsreihe eigentlich vorgesehen ist... Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrochemische_Spannungsreihe
Mittlerweile sind einige meiner bestellten Sachen (vorwiegend vom Amazon) angekommen. Für das Dampfdruck-Experiment sind dies: * Gummistopfen und Spritzen für die Vakuumkammer * 16 x 160 mm Reagenzgläser * Handvakuumpumpe: Zufällig ist da auch eine kleine Vakuumkammer mitenthalten, die ich sehr gut anstelle der Spritzen verwenden kann. Diese besitzt auch einen zweiten Ausgang für das Arduino-Manometer. Damit bestimme ich den Druck (= Dampfdruck), bei der das Wasser bekannter Temperatur zu sieden beginnt. Dies mache ich dann für verschiedene Temperaturen. Scheinbar komme ich mit der Handvakuumpumpe auf ca. 150 mbar runter * Sortiment mit Schlauchverbindungen und T-Stücken (kann man sonst auch immer wieder gebrauchen, wenn ich Versuche mit Vakuum mache) Unterwegs ist noch der Laborständer für den Dampfdruckversuch und dann eine "P*e*n*i*s*pumpe" von aliexpresse :-) Die hatte ich bestellt, weil ich nicht weiß wie sich die Handvakuumpumpe von Amazon schlägt. Stimmt wirklich, ist keine Ausrede ;-) Für das ballistische Pendel sind dies: * 50 lbs Armbrust inkl. Pfeile * Styrodurplatte, mit der ich den "Zielwürfel" gebastelt/geklebt habe Und dann habe ich noch einen weiteren Versuch zur Anomalie des Wassers entdeckt und zwar die Dichtebestimmung von Wasser im Bereich 0 bis 15°C. Dazu habe ich mir auf aliexpress ein Glasgefäß mit zwei Hälsen bestellt. In einen der Hälse kommt ein Thermometer und in den anderen ein Stopfen für das dünne Plexiglasrohr mit 3 mm Innendurchmesser. Ich werde das Wasser dann beginnend mit Raumtemperatur mittels Eiswürfel sukzessive abkühlen und mittels der variierenden Steighöhe in der "Kapillare" die Dichte berechnen. Sollte ja bei 4°C ein Maximum besitzen...
Den einen Versuch zur Bestimmung des Dampfdrucks von Wasser mit der Handvakuumpumpe hat eigentlich sehr gut funktioniert. Als Drucksensor kommt der Adafruit MPRLS + Arduino zum Einsatz. Dieser geht scheinbar bis 0 mbar hinunter. Mit der Handvakuumpumpe erreiche ich minimal ca. 80 mbar. Auch das überrascht mich positiv. Wenn man bedenkt, dass diese nicht einmal 20 Euro gekostet hat... Das bei der Handvakuumpumpe inkludierte Gefäß entpuppte sich auch als ideal für diesen Versuch, da ich erstens das Wasser sehr leicht nachfüllen und zweitens das Manometer sehr bequem anschließen kann. Hätte mir den Spritzenkauf daher ersparen können. Ich reduziere den Druck so lange, bis das Wasser zu sieden beginnt. Diesen Druck notiere ich mir zur gegebenen Wassertemperatur. Die so erhaltene Dampfdruckkurve passt sehr gut zu den Sollwerten, Heureka. Ich komme halt mit der Vakuumpumpe nicht unter 80 mbar, deshalb endet dieser Versuch bei Wassertemperaturen < 40°C. Mit meiner Drehschieberpumpe möchte ich den Versuch aber auch nicht machen, da ich mir nicht Wasser in die Pumpe ziehen möchte. Wenn das Laborstativ von Amazon angekommen ist, mache ich noch einen weiteren Versuch zur Bestimmung der Dampfdruckkurve. Von diesem erwarte ich aber nicht so gute Ergebnisse... Mein Newtonmeter für die Erfassung des Raketenschubs habe ich auch angepasst, indem ich die Messrate des HX711 auf 80 Hz erhöht habe. Danach musste ich natürlich die Zeitachse anpassen. Diese geht jetzt bis rund 8 Sekunden. Die Schubdauer der gekauften Klima-Treibsätze soll 5 Sekunden betragen, von daher passt das recht gut. Die maximale Schubkraft beträgt zu Beginn rund 4 N. Meine y-Achse reicht von 0 bis 10 N, auch das müsste passen...
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Mann, Du legst hier eine Schlagzahl vor... :D Schläfst Du irgendwann auch? Und Du isst am Experimentierplatz, oder? ;)
@Johannes: Ich schlafe leider viel zu viel ;-) Und ja, aufgrund der engen Wohnverhältnisse und der vielen Projekte in meiner Wohnung mache ich die meisten meiner Experimente in der Küche, da ich im Wohnzimmer keinen Platz mehr dafür habe... Der Versuch zum Ampereschen Gesetz ist fertig. Als Magnetfeldsensor musste ich den HMC5883L nehmen, da die erzeugten Magnetfelder doch im Bereich < 100 µT lagen. Nach dem Ampereschen Gesetz ist die Flussdichte B um einen stromdurchflossenen Draht gleich B(I,r) = µ0 * I / (2*Pi*r). Zuerst habe ich den Strom konstant gehalten (3.42 A) und den Abstand r variiert und dann den Abstand konstant gelassen (r = 2 cm) und die Stromstärke verändert. Trage ich B zu 1/r und B zu I auf, erhalte ich schöne Geraden wie es zu erwarten ist. Die Steigungen beider Geraden stimmen einigermaßen mit den Sollwerten überein, beim B(I) sogar sehr gut...
Was sagt denn die XYL dazu, von wegen Küchenbeschlagnahme und so... Sonst: Hut ab!
@Gerhard: Es gibt keine XYL, bin voll und ganz mit der Physik verheiratet ;-) Das zweite Experiment zur Dampfdruckkurve ist auch fertig. Dazu habe ich ein Laborstativ und Reagenzgläser auf Amazon bestellt. Zum Versuchablauf: Das umgedrehte Reagenzglas wird ins Wasser getaucht und mit Wasser fast vollständig befüllt. Nur am oberen Ende soll sich eine kleine Luftblase befinden. Nun erhitzt man das Wasser langsam und notiert die Größe der Luftblase. Der Druck innerhalb der Luftblase bildet sich einmal durch die eingeschlossene Luft und dann durch den Dampfdruck. Zu Beginn bei 15°C Raumtemperartur geht man davon aus, dass der Druck alleine durch die Luft zustande kommt. Dann kann man die Mole ausrechnen und in weiterer Folge dann für die jeweilige Temperatur und das jeweilige Volumen den Luftdruck ausrechnen. Zusammen mit dem Dampfdruck muss sich dann der Gesamtdruck ergeben. Dieser Gesamtdruck ist gleich dem äußeren Luftdruck abzüglich dem hydrostatischen Druck der Wassersäule (pro cm Wassersäule 1 mbar). Auf diese Weise kann man dann den Dampfdruck in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmen. Mit zunehmender Temperatur vergrößert sich das Volumen der Luftblase. Der Gesamtdruck bleibt aber in etwa gleich. Vergrößert sich aber die Luftblase, so sinkt der Luftdruck darin. Zum Ausgleich erhöht sich der Dampfdruck innerhalb der Luftblase. Soweit die Theorie. Problem ist, dass ich einen gehörigen Temperaturgradienten innerhalb des Reagenzglases habe. Während unten im Kochtopf das Wasser bereits kocht, habe ich oben im Reagenzglas wohl so um die 85°C. Daher bildet sich in der Luftblase auch nur der Dampfdruck entsprechend den 85°C aus und nicht den 100°C. Deshalb sieht meine so erhaltene Dampfdruckkurve gegen Ende hin nicht sonderlich schön aus bzw. ist unvollständig. Da fand ich die Ergebnisse mit der Handvakuumpumpe und der Siedetemperatur besser...
Beim Experiment zur Braggreflexion am LiF-Kristall bin ich auch weiter gekommen. Der mechanische Aufbau ist soweit fertig. Habe alles mit Matador-Holzbausteinen so gebaut, dass man die Einzelteile noch immer verdrehen/justieren kann, zum Beispiel den Aufsatz mit dem Lithiumfluoridkristall. Jetzt werde ich mich dann an die Messungen machen, obwohl ich ehrlich gesagt nicht glaube, die Glanzwinkel von nur 3° auflösen zu können. Denn bei einem so geringen Winkel bekommt ja das Zählrohr trotz Blenden noch Teile der nicht reflektierten/direkten Gammaquanten ab. Die Lochblenden zum Kollimieren sind 2 mm groß/klein...
Christoph E. schrieb: > Angehängte Dateien: > Arduino_Drehzahlmesser_01.ino (1,63 KB) > Arduino_Drehzahlmesser_02.ino (1,83 KB) Falls es noch niemand erwähnt hat: Der Zugriff auf die von der Interrupt-Routine ständig veränderten Variablen müssen bei Verwendung außerhalb eines Interrupt-Service-Kontext, also z.B. in loop(), durch eine noInterrupts()-interrupts()-Klammer geschützt werden, wenn sie größer als ein atomarer Lesebefehl des Prozessors sind. Das könnte die Probleme bei höheren Frequenzen erklären. LG, Sebastian
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Zum Thema Fluoreszenz und Phosphoreszenz habe ich noch einiges zusammengetragen. Hier der ausführlichere Bericht: https://stoppi-homemade-physics.de/fluoreszenz-phosphoreszenz/ Von Fluorescein habe ich das Emissionsspektrum mit meinem Webcamspektroskop aufgenommen. Angeregt habe ich das Fluorescein mit meinem 488 nm Laser. Dann habe ich noch die Nachleuchtdauer meines Rubinstabs mittels Lichtdetektor und Oszilloskop erfasst, welche rund 3 ms dauert. Dies ist eigentlich extrem lange. Aufgrund dieser großen Zeitunschärfe delta_t ist die Energieunschärfe delta_E nach der Heisenbergschen Unschärferelation gering und das emittierte, rote Fluoreszenzlicht fast monochromatisch (siehe Spektrum). Auf Aliexpress habe ich mir dann noch Phosphorpulver besorgt. Dieses leuchtet über viele Minuten nach. Die zugehörige Leuchterscheinung fällt also in die Phosphoreszenz... Und dann habe ich mir noch über willhaben.at einen Aragonit/Eisenblüte besorgt, in der Hoffnung auf Phosphoreszenzerscheinungen. Leider leuchtet das Mineral überhaupt nicht nach. Dafür fluoreszieren meine Uranhältigen Mineralien (Autunit, Uranocircit) sehr schön.
Ich habe mir auf der österreichischen Verkaufsplattform willhaben unlängst ein Sortiment Gummibälle gekauft. Damit lassen sich schöne Physikversuche machen. 1.) Hüpfender Gummiball: Ein Gummiball wird aus einer bestimmten Starthöhe fallen gelassen und per Videoanalyse die jeweiligen Maximalhöhen h_i ermittelt. Daraus lassen sich dann die einzelnen "Flugzeiten" t_i berechnen. Gut, die könnte man auch gleich direkt aus dem Video extrahieren... Ich habe eine mittlere prozentuelle Abnahme der Flughöhen um 13% festgestellt. Es gilt also: h_i+1 = h_i * 0.87. Für die Flugzeiten gilt daher: t_i+1 = t_i * Wurzel(0.87) = t_i * 0.933. Die Gesamtfallzeit t_ges ist nun die Summe der Teilzeiten t_i. Jetzt könnte man vermuten, dass durch die unendliche Summation von zwar immer kleiner werdenden Zeiten der Gummiball niemals zur Ruhe kommt.Dem ist natürlich nicht so. Wir haben es hier um eine geometrische Reihe zu tun: Summe_i q^i = 1 / (1 - q). Konkret für q = 0.933 folgt für die Summe 14.93 * t_1 + t_0 (erster Fall nach unten nach dem Start). Ich komme auf t_ges = 13 sek, was realistisch ist... 2.) Superspringball Lässt man zwei Gummibälle übereinander fallen, wobei der untere ein großer Gummiball sein muss und der obere ein deutlich kleinerer, so fliegt der kleinere nach dem Aufprall mit großer Geschwindigkeit nach oben. Wie kann man dies erklären? Beide Bälle kommen mit v am Boden an. Der untere, schwere Gummiball wird mit v nach oben reflektiert. Vom großen Gummiball aus betrachtet, kommt ihm der kleinere Ball mit 2*v entgegen. Da er kleine deutlich leichter ist als der schwere, wird dieser vom schweren Ball aus betrachtet mit 2*v nach oben reflektiert. Wechselt man nun wieder das Bezugssystem, so fliegt der leichte Gummiball mit 2*v + v = 3*v nach oben und kommt demnach 9-mal so hoch wie die Ausgangshöhe. In Wirklichkeit schafft er das natürlich nicht ganz, der Effekt ist aber beeindruckend... Link mit mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/gummiball-experimente/
Christoph E. schrieb: > Beide Bälle kommen mit v am Boden an. Ja. > Der untere, schwere Gummiball wird mit v nach oben reflektiert. Nein, der untere hat eine um die (durch Verformung des Gummi) Verluste deutlich reduzierte Geschwindigkeit v', somit v + v' als "entgegenkommende Geschwindigkeit". Mit Stahlkugeln, die dem idealen Stoff näher kommen als das verformbare Gummi, auf SEHR hartem Untergrund hättest Du richtig: näherungsweise 2x v
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Hier (Beitrag "[S] Transmission-Gate für Sinussignal") habe ich nach einem Transmissionsgatter gefragt und als Antwort den IC4066 erhalten. Diesen benötige ich für einen Versuch zur Heisenbergschen Unschärferelation. Ein Sinussignal vom Frequenzgenerator durchläuft ein Transmissionsgatter, welches von einem NE555 getaktet wird und immer kürzere Sinuspulse durchlässt. Schaut man sich dann das Fourierspektrum mit dem Oszilloskop an, so bemerkt man bei einem unbeschnittenen Sinus (Ortsunschärfe delta_x groß) einen schmalen peak im Frequenzspektrum (schmales f bzw. lambda und daher auch nach de Broglie schmales delta_p). Bei immer kürzeren Sinuspulsen (kleiner werdende Ortsunschärfe delta_x) wird das Fourierspektrum immer breiter (größeres delta_f bzw. delta_lambda und daher größeres delta_p). Die Heisenbergsche Unschärferelation delta_x * delta_p > h / 4*Pi besagt ja, dass nicht beide Größen (Ort x und Impuls p) beliebig genau messen kann. Kennt man eine Größe genauer, so steigt die Unschärfe der anderen... Inspiration: https://www.experimente.physik.uni-freiburg.de/H_Atom_und_Kernphysik/versuchemitelektronenundmateriestrahlen/heisenbergakustikanalogie
Vor einigen Wochen hat ja ein sehr nettes Forumsmitglied aus der Schweiz mir einen Newtonsche-Ringe-Apparat von aliexpress gekauft, da kein Versand nach Österreich angeboten wurde. Vielen herzlichen Dank nochmals dafür. Mittlerweile beliefern wieder deutlich mehr Händler von Aliexpress Österreich... Unter Sonnenlicht sieht man die Interfenzringe recht deutlich, nur fächern diese durch das nicht monochromatische Licht zusehends auf. Daher wollte ich zuerst den Apparat mit einem Laser beleuchten, damit die Ringe wieder scharf werden. Aber dies glückte leider nicht. Daher beschloss ich einfach einen Filter (konkret 600 nm Rotfilter) zu verwenden. Blickt man durch diesen auf die Interferenzringe, so werden sie deutlich schärfer und es sind mehr Ordnungen zu beobachten als ohne Filter. Für die Radien r(n) gilt der Zusammenhang mit der Ordnung n: r²(n) = k * n. Trägt man also r² gegen n auf, so müsste man eine Gerade erhalten. Dies war dann auch der Fall bei mir. Aus dem Anstieg k lässt sich der Krümmungsradius der plankonvexen Linse bestimmen. Dies ergabe bei mir einen Wert von R = ca. 17 m. Die Teile für den Versuch zur Bestimmung der Wasserdichte in Abhängigkeit von der Temperatur sind eigentlich auch alle bereits angekommen. Die 500 ml Zweihalsflasche dichte ich mit zwei Gummistopfen ab. In einen kommt das Thermometer, in den anderen das 5/3mm Plexiglasrohr. Die Dichte bestimme ich dann durch Messen der unterschiedlichen Steighöhe des gefärbten Wassers im dünnen Plexiglasrohr. Ich muss mir nur noch Eiswürfeln besorgen. Hoffentlich bekommt man diese bei Spar oder Billa, mal schauen... P.S.: Die P*e*n*i*s*pumpe ist auch schon angekommen. Sie funktioniert aber deutlich schlechter als jene Pumpe von Amazon für die Bremsflüssigkeit. Das mit ihr erzielte Vakuum ist laut Manometer deutlich schlechter (ca. 350 mbar)
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Gestern konnte ich mit meiner Tochter den Raketenteststand im Hof testen. Beim ersten Versuch kippte dieser durch den doch zu großen Schub um. Beim zweiten Durchgang konnte ich dann schön den zeitlichen Kraftverlauf aufzeichnen. Dieser deckt sich sehr gut mit den Angaben des Herstellers (Klima Raketentechnik), Heureka...
mchris: >>Was vielleicht in Richtung der Kraftmessung am stromdurchflossenen >>Leiter geht: Ich überlege schon die ganze Zeit, wie ich die Kraft eines >>Elektromagneten messen könnte. stoppi: >@ Christoph M.: Ich würde sagen, Versuch macht klug. So mache ich es bei >meinen Experimenten auch immer ;-) Du hast recht. Hier die erste Näherung: Beitrag "Re: Elektromagnet bauen"
Die Abhängigkeit des elektrischen Felds einer Punktladung vom Abstand r kennen wir ja in Form des Coulombgesetzes und zwar E(r) = 1/r². Doch wie sieht es mit dem Magnetfeld B(r) eines Magneten aus? Dieser Frage ging ich heute nach. Ich bestimmte die Flussdichte B eines starken Würfelmagneten in Abhängigkeit von der Entfernung r. Damit ich auf die Potenz der r-Abhängigkeit komme, trage ich einfach ln(B) gegen ln(r) auf. Die Steigung k der erhaltenen Gerade entspricht dann genau der gesuchten Potenz n. Ich komme auf eine Steigung von k = -n = -2.63. Demzufolge lautet die r-Abhängigkeit des Magnetfelds B(r) = 1/r^2.63. Bei einer Leiterschleife beträgt die axiale Fernabhängigkeit des Felds B(r) = 1/r³.
Ich habe mich neulich darüber informiert, wie ich Messdaten vom Arduino auf mein Smartphone senden kann und bin im Zuge dessen auf dieses Video gestoßen: https://www.youtube.com/watch?v=jVy6Z5qA_h0 Darin wird gezeigt, wie man mittels Bluetooth-Modul HC-05 und der App "Arduino Bluetooth Terminal" (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.frederikhauke.ArduTooth&hl=de&gl=US&pli=1) bis zu 6 Sensorwerte auf einfachste Weise übertragen kann. Zum Glück besaß ich noch einige Bluetoothmodule in meinem Fundus und so konnte ich die Übertragung gleich experimentell testen. Als physikalische Anwendung werde ich eine kleine Zentrifuge basteln und die Zentripetal/fugalbeschleunigung in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit omega und dem Bahnradius r ermitteln. Als Sensor drängt sich hierfür der MPU6050 geradezu auf. Er besitzt einen 3-Achsen Beschleunigungssensor und ein Gyroskop zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit in 3 Achsen. Durch das integrierte Gyroskop benötige ich zur Erfassung der Rotation nicht einmal eine Lichtschranke oder ähnliches. Es sollte sich folgende Abhängigkeit zeigen: a_zp = omega² * r.
Die Zentrifuge für die Bestimmung der Zentripetalbeschleunigung in Abhängigkeit vom Bahnradius r und der Winkelgeschwindigkeit omega ist soweit fertig. Die Messungen dazu werde ich wohl am Wochenende durchführen... Dann möchte ich noch eine Nebelkammer zur Sichtbarmachung radioaktiver Strahlung mittels Trockeneis umsetzen. Nebelkammern habe ich schon 3 verschiedene umgesetzt, die mit Trockeneis fehlte mir noch in der Sammlung. Plastikgehäuse mit schwarzem Boden ist bereits auf Amazon gekauft. Das gefrorene CO2 bekomme ich direkt bei Linde in Graz. Und dann habe ich noch einen spannenden Versuch zum Thema Oberflächenplasmonen. Plasmonen sind ja quantisierte Schwankungen der Ladungsträgerdichte in Festkörpern. Link: https://physicsopenlab.org/2019/07/21/surface-plasmon-resonance/ Mit einem Laser wird unter verschiedenen Winkel ein Glasprisma bestrahlt. An dessen Hypothenuse befindet sich ein Glasobjektträger mit sehr dünner Goldbeschichtung (rund 50 nm dünn). Unter bestimmten Winkeln werden Oberflächenplasmonen angeregt und der Reflexionsgrad des Lasers sinkt. Ich habe mich in den letzten Tagen u.a. darum gekümmert, solch einen Goldbedampften Objektträger zu besorgen. Es gibt einige Anbieter aus Übersee, nur die Verlangen 60-90 Euro alleine für den Versand. Mit Zoll würde mir ein einzelner Objektträger auf 120-150 Euro kommen. Das ist selbst mir zuviel. Daher habe ich meinen italienischen Kollegen Lodovico von physicsopenlab.org angeschrieben, ob er eventuell noch eine Goldprobe hat und diese an mich verkaufen würde. So wie es ausschaut, hat er eine ;-) Und eine Gausskanone möchte ich mir auch noch basteln. Habe zwar schon eine in der Schule, aber für zuhause fehlte mir noch eine. Die dafür benötigten Kugeln und Würfelmagnete habe ich über Amazon bestellt. Die Winkelleiste aus Stahl besorge ich im Baumarkt...
Christoph E. schrieb: > Ich habe mich in den letzten Tagen u.a. darum gekümmert, solch einen > Goldbedampften Objektträger zu besorgen. Es gibt einige Anbieter aus > Übersee, nur die Verlangen 60-90 Euro alleine für den Versand. Mit Zoll > würde mir ein einzelner Objektträger auf 120-150 Euro kommen. Für 75 Euro plus Versand gibt es einen vergoldeten Objektträger, 75 x 25 x 1 mm, 50 nm Au von Nano-Tec aus den Niederlanden https://www.microtonano.com/de/Nano-Tec-Gold-beschichtete-Objekttraeger.php Naja, so viel günstiger als aus Übersee ist der aber auch nicht.
@ alesi: Vielen Dank für den Link, kannte ich noch nicht. Da käme ich auf rund 93 Euro inkl. Versand und das ohne Zoll, schon einmal besser als die Angebote aus Übersee. Aber wie gesagt hoffe ich, dass ich von einem Kollegen aus Italien einen goldbeschichteten Objektträger günstiger bekomme ;-) Die Messungen mkt der Zentrifuge konnte ich wie geplant gestern durchführen. Theorie und Experiment stimmen eigentlich sehr gut überein. Die Beschleunigungswerte a_x sprangen bei der Messung aber stärker herum, die Winkelgeschwindigkeiten g_z waren leichter zum Ablesen...
Die Gausskanone habe ich jetzt zuhause auch umgesetzt, nachdem ich mit meinem jüngeren Sohn die Stahlwinkelleiste vom Baumarkt besorgt habe und die Stahlkugeln und Magnete von Amazon angekommen sind. Ich komme auf eine Geschwindigkeit von max. 7 m/s, also 25.2 km/h...
Das Experiment zur Anomalie von Wasser ist auch im Kasten. Dabei habe ich experimentell die Wasserdichte in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt. Damit ich die geringen Dichteunterschiede überhaupt messen kann, verwende ich ein dünnes Steigrohr mit 3 mm Innendurchmesser. Der Glaskolben, welcher mittels Eiswürfel abgekühlt wird, fasst 500 ml. Schlussendlich betrug die Änderung der Steighöhe von 15.1°C nach 4°C genau 6.1 cm. Unterhalb von 4°C nimmt die Steighöhe h wieder langsam zu, da ja Wasser bei 4°C ein Dichtemaximum besitzt. Dieses Extremum konnte ich experimentell auch dank zweier Tiefkühlpizzen sehr schön nachweisen, Heureka... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/wasserdichte-anomalie-von-wasser/
Christoph E. schrieb: > Wie kann man dies erklären? Der Impuls ist dabei nicht alles. Der größere Gummiball verformt sich bei dem Aufprall. Dabei wird eine "Gummiefeder" gespannt die dann den kleinen Ball nach oben zusätzlich beschleunigt. Als Modell würde sich ein Gummiball eignen mit unten einer vorgespannten Feder auf die er fällt. Die vorgaspannte Feder wäre der untere große Ball, der gerade seinen Punkt der maximalen Verformung überschreitet. Wenn der untere Ball zu groß wird, so dass der obere Gummiball bereits wieder weggeflogen ist, läuft es asymptotisch auf den normalen Wegprall hinaus. Es gibt aber noch eine Schockwelle, die durch den unteren Ball läuft. Die ist dafür verantwortlich, dass die Abprallgeschwindigkeit, also des Beschleunigung des oberen Balls von der Theorie abweicht, wann dafür gesorgt würde, dass der obere Ball zeitlich verzögert aufprallt. Wenn allso der untere Ball so groß wäre, dass der Vorgang 100ms dauere, die Schockwelle durch den Ball 10ms brauchen würde und man in mit unterschiedlicher Verzögerung (Schritte kleiner 0,5ms) den Ball aufschlagen ließe, wären Buckel im Verlauf des Diagramms über die Höhe des kleinen Balls.
Zum Thema Diamagnetismus hätte ich noch einen Versuch. Wasser ist ja diamagnetisch. Postiert man nun einen starken Magneten unterhalb einer sehr dünnen Wasserschicht, so bildet sich aufgrund des Diamagnetismus eine leichte Mulde. Richtet man einen Laser auf die Wasseroberfläche, so wird der Strahl durch die Mulde unterschiedlich abgelenkt, wenn man den Magneten darunter vorbeischiebt. Aus der Ablenkung x des Laserpunkts auf einer Skala in der Höhe H über dem Wasser kann der Steigungswinkel alpha der Mulde bestimmt werden. Integriert man die Steigungen auf, so erhält man das Tiefenprofil der Mulde. In meinem Fall war die Mulde an ihrer tiefsten Stelle 34 µm tief. Auf ebay.com habe ich mir noch pyrolytischen Graphit bestellt für die diamagnetische Levitation. Dazu braucht man nur noch 4 starke Würfelmagnete, um das Graphitplättchen schweben zu lassen...
Der goldbeschichtete Glasträger (Schichtdicke nur 50 nm) ist aus Italien angekommen. Jetzt warte ich nur noch auf das rechtwinkelige Glasprisma aus China, dann kann ich den Versuch zu den Oberflächen-Plasmonen machen. Das Silikonfett zum Ankoppeln des Glasträgers ist bereits angekommen... Das ballistische Pendel ist soweit auch fertig und wartet auf seinen Einsatz bei mir im Hof aufgehängt an der Teppichstange/Klopfstange. Die Masse des Pendels beträgt 1045 g, die eines Pfeils nur 5.3 g. Ende Februar/Anfang März werde ich noch von meinem kleinen Balkon aus den Bedeckungsveränderlichen Stern Algol im Sternbild Perseus photografieren. In Abständen von etwa 2 Tagen 20 Stunden sinkt dessen Helligkeit aufgrund der Bedeckung durch einen Begleitstern innerhalb von knapp 5 Stunden von 2.2 mag auf 3.4 mag ab. Vor mehr als 30 Jahren habe ich bereits Algol auf Film gebannt, nun werde ich das mit Digitalkamera wiederholen. Damals hatte ich auch ein Programm zur Simulation der Bedeckung in Turbo Pascal geschrieben. Die Auswertung der Sternhelligkeit erfolgt mit der Software IRIS. Die Nebelkammer wartet auch nur noch auf das Trockeneis. Diesen Versuch werde ich gemeinsam mit meinem jüngsten Sohn durchführen. Als Reservoire für den Alkohol habe ich mir noch einen Schwamm besorgt. Am Boden der Nebelkammer befindet sich nun eine schwarz eloxiertes Aluminiumplatte. Diese kann dann schön durch das Trockeneis abgekühlt werden...
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Vor einem Monat habe ich die magnetische Flussdichte B(r) in Abhängigkeit vom Abstand r zum Magneten bestimmt und eine 1/r^2.63 Funktion erhalten. Nun habe ich noch die Kraft F(r) zwischen zwei Magneten in Abhängigkeit vom Abstand r ermittelt. Ich erhalte eine 1/r^3.78 Funktion. Die Kraft nimmt also deutlich schneller ab als beim Coulombgesetz für zwei Punktladungen, wo ja F(r) = 1/r² gilt...
Bei magnetischen Punktladungen müßte doch eigentlich auch eine 1/r^2 Proportionalität auftreten. Hast du mal versucht viele kleine Magnetwürfel zu einem Stab aufzuschichten und dann den Versuch zu machen? Je länger der Stab wird, um so mehr müßte sich die Polstärke ja einer magnetischen Punktladung annähern.
Vielen Dank für deinen Kommentar, Joe... Ich habe mich der Sache mit dem Abstandsgesetz der Magnetkraft noch einmal angenommen. Gehen wir von zwei Magnetdipolen (Dipollänge d) im Abstand x zueinander aus und weiters von einem 1/r² Kraftgesetz zwischen den einzelnen Polen. Dann lautet die Gesamtkraft auf den Magneten/Dipol: F(x) = 1/(x-d)² - 2/x² + 1/(x+d)². Mache ich eine Taylorentwicklung für große Abstände, also kleine d/x-Werte, so erhalte ich eine 1/x^4 Abhängigkeit q.e.d Diese 4-te Potenz lässt sich auch mittels Excel herleiten, wenn ich für obige Kraftformel ln(F) gegen ln(x) auftrage. Der Anstieg der so erhaltenen Gerade ist dann -4, also wieder genau diese Potenz des Kraftgesetzes. Somit liege ich mit meinen experimentellen 1/x^3.78 gar nicht so weit weg von der Theorie, Heureka...
In der Tat eine gute Herleitung und natürlich auch Erklärung für die Kraftwirkung magnetischer Dipole. Bei Monopolen kommt als Grenzwert auch wieder prima 1/r^2 raus.
F~1/r⁴ ist ein interessantes Ergebnis und erklärt die gefühlsmäßig so schnelle Abnahme der Kraftwirkung zweier Magneten. Ich denke, dass F~Phi=AxB ist. Phi: magnetischer Fluss A: Fläche B: magnetische Flussdichte Man könnte vielleicht ein Münze bekannter Fläche an den Kopf eines 3D-Druckers montieren, die Balkenwaage auf das Druckbett stellen und die Krafwirkung in Z-Richtung mit der Münze "abrastern". Dann würde man sogar eine 3-dimensionalle Darstellung bekommen.
Geigerzähler auf Arduino-Basis mit dem Endfensterzählrohr Philips ZP1400, welches auch für Alphastrahlung sensibel ist.
In der Zwischenzeit habe ich den Plasmonen-Versuch durchführen können. Vom Experiment zur Bragg-Reflexion hatte ich noch einen Winkelmesser übrig. Dieser eignete sich wunderbar für diesen Versuch. Mit einem Laser (ich probierte es mit einem roten Laserpointer und einem HeNe-Laser) zielt man auf ein Glasprisma, an dessen Hypothenuse der goldbeschichtete Glasträger mittels Silikon angebracht ist. Jetzt sollte die Intensität des total reflektierten Laserstrahls bei einem bestimmten Winkel aufgrund der Plasmonenanregung deutlich abnehmen. Leider konnte ich diese Abnahme (bis jetzt) experimentell nicht erfassen. Ich drehte zuerst das Prisma sehr langsam und verfolgte die Helligkeit des Laserpunkts auf dem Schirm. Dabei fiel mir eben kein Helligkeitseinbruch auf. Die Winkelauflösung betrug hier um die 0.5°. Normalerweise (siehe https://physicsopenlab.org/2019/07/21/surface-plasmon-resonance/) sollte das Minimum eine Breite von 5° haben, also müsste ich es ohne Probleme auflösen können. Dann drehte ich das Prisma schnell hin und her, um eine dunkle Stelle in der so auf dem Schirm erzeugten Laserlinie zu entdecken. Auch hier war leider nichts zu erkennen. Der Intensitätseinbruch müsste laut physicsopenlab rund 75% betragen, also doch auch visuell deutlich erkennbar oder? Zur Kopplung des goldbeschichteten Glasträgers mit dem Prisma habe ich Silikonfett, Silikonöl und dann Silikon zur Kopplung von Szintillatoren an Photomultiplier ausprobiert. Mit keinem dieser drei konnte ich aber die Helligkeitsabnahme beobachten. Ehrlich gesagt weiß ich im Moment nicht wirklich, was ich nun noch ausprobieren soll bzw. wo der "Fehler" liegt. Hat vielleicht jemand von euch noch einen Tipp für mich? Danke im voraus...
Vor einiger Zeit machte ich Versuche zum Thema Schlierenfotographie. Dazu benutzte ich die Foucault-Methode mit einem Hohlspiegel, einer punktförmigen Lichtquelle und einer Rasierklinge. Das klappte ganz gut... Es gibt aber noch eine weitere Methode zur Sichtbarmachung von Wärmeströmungen/Schlieren und zwar mittels Moiré-Effekt. Man benötigt für dieses Experiment lediglich ein auf Papier ausgedrucktes feines Gitter (bei mir betrug die Gitterkonstante 1 mm und die Linienstärke 0.5 mm), eine Digitalkamera mit Zoomobjektiv, eine Wärmequelle (z.B. Lötkolben oder Kerze) und eine Bildbearbeitungssoftware (z.B. Gimp). Man macht aus einiger Entfernung nun je ein Photo des Gitters mit und ohne Wärmequelle. Die Ausrichtung der Kamera und die Objektiveinstellungen (Brennweite) dürfen sich dabei ja nicht mehr ändern. Diese beiden Bilder werden in der Software hochgeladen und voneinander abgezogen/subtrahiert. Hat man alles richtig gemacht, müssten die Schlieren sichtbar werden... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/schlierenphotographie/
Am Wochenende konnte ich Messungen zur Bragg-Reflexion von Gammastrahlen am Lithiumfluorid-Einkristall durchführen. Zu erwarten/erhoffen wäre ein Anstieg der Zählraten im Bereich der Glanzwinkel bei 3°, 6°, 9° usw. Leider lagen die Zählraten nur minimal über dem Background. Ich bräuchte also eine deutlich stärkere Quelle. Diese hätte dann aber wohl auch eine größere Fläche und der Effekt wäre wieder zunichte gemacht. Die Wellenlänge der 60 keV Gammastrahlen ist für dieses Experiment auch zu gering. Daher liegen die Glanzwinkel bei Vielfachen von nur 3°, was die Messung auch nicht gerade erleichtert. Dieses Experiment wird ja in der Regel mit Röntgenstrahlung durchgeführt. Ich habe zwar schon erfolgreich Röntgenversuche unter strenger Beachtung der Sicherheit durchgeführt, hier für diesen Versuch möchte ich aber von Röntgenstrahlung Abstand nehmen. Zudem würde eine Dentalröntgenröhre aus Indien mit rund 300 Euro inkl. Zoll zu Buche schlagen, deutlich zu viel für mich... Mit sehr viel Fantasie kann man in meinem Graphen die minimale Erhöhung der Zählraten bei den Glanzwinkeln erkennen. Alles in allem verhindern aber die oben angeführten Punkte eine erfolgreiche Messung. Wichtiger Hinweis: Bei Experimenten mit radioaktiven Proben ist allergrößte Sorgfalt und Vorsicht geboten. Ein Kontakt der Probe mit der Umgebung bzw. dem menschlichen Körper ist gänzlich zu vermeiden!!! Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/bragg-reflexion/
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Für den Sohn meines Cousins habe ich eine einfache Coladosen-Boombox mit zwei LM386 Audioverstärkern gebastelt. Für Zimmerlautstärke reicht es. Als Spannungsquelle dienen im Moment zwei 18650 Liion-Zellen. Die Lautsprecher müssen einen Durchmesser von 50 mm besitzen. Davon hatte ich noch zwei Stück in meiner Bastelkiste... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/coladosen-boombox/
Christoph E. schrieb: > Für den Sohn meines Cousins habe ich eine einfache Coladosen-Boombox mit > zwei LM386 Audioverstärkern gebastelt. Nettes Projekt, die heutige Jugend (meine) ist leider recht perfektionistisch und kommt mit sowas gar nicht klar. Das ist so wie selbstgestrickter Pulli, voll peinlich ;-)
Christian M. schrieb: > ettes Projekt, die heutige Jugend (meine) ist leider recht > perfektionistisch und kommt mit sowas gar nicht klar. Das ist so wie > selbstgestrickter Pulli, voll peinlich ;-) Natürlich kann man heute verprügelt werden, mindestens aber ausgelacht, wenn man mit ner alten Dose als Boombox aufm Pausenhof aufschlägt. Nur Boomer finden sowas cool. Dann haben die meisten Smartphones heute keinen Kopfhöreranschluss mehr. Externe Lautsprecher u.ä. werden über Bluetooth angebunden. Schon seit ewig. Also Leute, eure Altherren-Basteleien sind ja lustig, aber last eure Kinder damit in Ruhe. Die leben in der Gegenwart. Ganz anders als ihr.
Zu meinem Versuch mit dem diamagnetischen Wasser passt die diamagnetische Levitation von pyrolytischen Graphit. Diesen bekommt man für rund 12 Euro auf ebay.com. Starke Würfelmagnete hatte ich noch... link: https://www.ebay.com/itm/222356120031
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Cyblord -. schrieb: > Natürlich kann man heute verprügelt werden, mindestens aber ausgelacht, > wenn man mit ner alten Dose als Boombox aufm Pausenhof aufschlägt. Wir wissen aus Deinen bisherigen Posts, dass Du der erste sein wirst der lacht und dann das verpruegeln anstiften wuerdest, wenn es nicht von selbst datu kommt.
Die Lichtgeschwindigkeit habe ich bereits auf mehrere Arten bestimmt. Nun kommt noch eine Variante mit Lichtleiterkabel dazu. Ich beleuchte eine Photodiode mit sehr kurzen Lichtpulsen (ca. 160 ns Länge) und eine weitere über ein 50 m langes Lichtleiterkabel. Bei einem Brechungsindex von 1.5 liegt die Lichtgeschwindigkeit bei 200000 km/s. Demnach sollte es zu einer Verzögerung des zweiten Pulses von 250 ns kommen. Den Lichtleiter habe ich um nur 6 Euro auf aliexpress bestellt. Dieser ist gerade unterwegs zu mir. Die elektronische Schaltung (NE555 astabil, 74121 Monoflop, 7667-Mosfettreiber, Photodioden SFH203) läuft bereits so wie erwünscht. Und dann setze ich noch ein Wellenpendel um. Dazu habe ich mir 4 Stück Newtonsche Kugelpendel günstig gekauft. Von diesen werde ich nur die Kugeln mit Öse verwenden. Die dazu passende Nylonschnur ist bereits angekommen. Jetzt geht es an den mechanischen Aufbau des Wellenpendels...
Christoph E. schrieb: > Die elektronische Schaltung (NE555 astabil,..... Ist für den Versuch jetzt nicht unbedingt notwendig, aber falls du mal mit einfachen Mitteln ultrakurze Impulse erzeugen willst, such mal nach "Avalanche Transistor".(Geht auch mit normalen Transistoren z.B. BC548 ca. 200V) 1-2 Nanosekunden Rechteckimpulse sind mit der Koaxkabelvariante kein Problem.
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Peter F. schrieb: > Christoph E. schrieb: >> Die elektronische Schaltung (NE555 astabil,..... > > Ist für den Versuch jetzt nicht unbedingt notwendig, aber falls du mal > mit einfachen Mitteln ultrakurze Impulse erzeugen willst, such mal nach > "Avalanche Transistor".(Geht auch mit normalen Transistoren z.B. BC548 > ca. 200V) > 1-2 Nanosekunden Rechteckimpulse sind mit der Koaxkabelvariante kein > Problem. Tektronix schaffte es übrigens auch in den 60ern mit ausgewählten Exemplaren von 2N3904 und sachgerechten Transmission-Line Aufbau bis auf 350ps Flankensteilheit herunterzukommen. Die Avalanchespannung war da auch um die 200V. Das stand in irgendeiner Tek. Publikation mit Schaltungseinzelheiten. War damals übrigens schon eine tolle Zeit exotischer Halbleiter. Tunneldioden, SRDs, Sampling Schaltdioden besonderer Bauart. Da konnte man schon tolle Sampling Schaltungen aller Arten konstruieren. Wenn man die alten App Notes und Journals wie HP-Journal u.ä. Studiert, findet man allerhand Faszinierendes.
Vor langer, langer Zeit habe ich einmal ein Turbo-Pascal-Programm zur Simulation der Lichtkurve von bedeckungsveränderlichen Sternen wie etwa Algol im Sternbild Perseus geschrieben. Dazu habe ich jetzt dann Bilder von ihm aufgenommen und seine Helligkeit mit der Astrosoftware IRIS bestimmt. Dazu ermittelt man die Pixelintensitäten von Sternen bekannter Helligkeit und eben vom Veränderlichen. Dann fertigt man einen Graphen, legt eine Ausgleichsgerade rein und liest die unbekannte Helligkeit des Veränderlichen ab. Wiederholt man dies für sehr viele unterschiedliche Zeiten und normiert alle Ergebnisse auf eine einzelne Periode, so erhält man die Lichtkurve des Veränderlichen. Meine Aufnahmen machte ich vom Balkon aus inmitten einer Stadt. Astronomie kann man also auch an ungünstigsten Orten betreiben... ;-) Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/veraenderliche-sterne/
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Christoph E. schrieb: > Dazu habe ich jetzt dann Bilder > von ihm aufgenommen und seine Helligkeit mit der Astrosoftware IRIS > bestimmt. Dazu ermittelt man die Pixelintensitäten von Sternen bekannter > Helligkeit und eben vom Veränderlichen. Mann, was Du alles für Sachen machst. Toll!!! :)
In den letzten Tagen sind einige Sachen aus China für meine Physikprojekte eingetroffen. 1.) Plexiglasröhre und Polarisationsfilter für ein Zauberexperiment: Man gibt zwei Polarisationsfilter um 90% verdreht ins Innere des Plexiglasrohrs. Dadurch hat man den Eindruck als befände sich ein Boden in der Mitte des Rohrs. Dann lässt man wie durch Zauberei einen Ball oder anderen Gegenstand durch das Rohr fallen, ohne dass dieser vom Boden aufgehalten wird... Leider waren die China-Polarisationsfolien mit einer Klebeschicht versehen und ich konnte sie nicht ganz ins Rohr stecken. Zudem war der Polfilter nicht parallel zu den Schnittkanten ausgerichtet sondern im Winkel von 45°. Daher verdunkelten die zu einem Kreis gebogenen Filter bereits einzeln für sich das Licht. Auf Amazon habe ich mir deshalb neue, nicht klebende und richtig ausgerichtete Polfilterfolie bestellt. 2.) Versuche zur Oberflächenspannung: Einmal möchte ich die Oberflächenspannung von Wasser mit der Ringmethode und meinem Arduino-Newtonmeter bestimmen und dann die Steighöhe des Wassers in einem Keil. Dazu habe ich mir gebrauchte Objektträger aus Glas auf willhaben besorgt. Durch die Oberflächenspannung steigt das Wasser in der Kapillare/dem Keil hoch und zwar mit 1/d. Die Minimaloberfläche einer Seifenblase zwischen zwei Ringen aus Draht habe ich theoretisch und experimentell ermittelt. Dazu habe ich die Oberfläche von Paraboloiden berechnet und das Minimum bestimmt. Funktioniert sehr gut... 3.) Versuche zur Reibung: Hier werde ich die Haft- und Gleitreibung ebenfalls mit meinem Arduino-Newtonmeter bestimmen. Dazu habe ich mir aus Holz ein Reibungsobjekt gebastelt. Auf einer Fläche habe ich für einen unterschiedlichen Reibungskoeffizienten Moosgummi aufgeklebt. Und dann gibt es noch einen schönen Versuch zur Reibung mit einem Besen. Man legt diesen auf die beiden Zeigefinger und bewegt dann die beiden Finger aufeinander zu. Wie von Zauberhand bewegt sich einmal der eine Finger und dann wieder der andere und beide treffen sich immer beim Schwerpunkt des Besens. Dies kann man schön mit Gleit- und Haftreibung erklären. Den Versuch mit der schiefen Ebene zur Bestimmung des Haftreibungskoeffizienten µ mit µ = tan(alpha) habe ich bereits durchgeführt...
Die Versuche zur Oberflächenspannung sind im Kasten. 1.) Einmal das Experiment "Wasserkeil" zur Veranschaulichung des Kapillareffekts. Laut meiner Herleitung sollte die Steighöhe h indirekt proportional zur lokalen Plattendicke d sein. Konkret lautet die Formel: h = (2*Sigma/ro*g)*1/d. Die Auswertung des Meniskus erfolgt mit der kostenlosen Software Tracker. Ich erhalte eine schöne Gerade, wenn ich h gegen 1/d auftrage. Die aus deren Steigung ermittelte Oberflächenspannung Sigma von Wasser weicht mit 21 mN/m aber deutlich vom Sollwert 75 mN/m ab. Warum, kann ich im Moment nicht sagen. Vielleicht stimmt auch "meine" Formel nicht... 2.) Bestimmung der Oberflächenspannung von Wasser mit der Ringmethode: Man taucht einen Metallring in Wasser ein und zieht ihn dann langsam heraus. Kurz vorm Abreißen des Wasserfilms zeigt die Waage/Newtonmeter dann Gewicht plus Oberflächenspannung an. Es gilt: Sigma = F/(2*2*r*Pi). In meinem Fall betrug die Kraft unmittelbar vor dem Abriss des Wasserfilms 0.2020 N und das Gewicht des Metallrings 0.1744 N. Mit dem Durchmesser d = 57.9 mm des Rings ergibt sich eine Oberflächenspannung Sigma = 75.9 mN/m. Dies stimmt sehr gut mit den Tabellenwerten (67.9 mN/m bei 50°C, 72.75 mN/m bei 20°C) überein, Heureka... 3.) Minimaloberfläche: Ich spanne eine Seifenhaut zwischen zwei Kreisringen mit dem Radius R und den Abstand H. Die Seifenhaut folgt nicht der Zylinderoberfläche, sondern ist eingebuchtet. Dadurch reduziert sich die gebildete Oberfläche. Diese Verminderung habe ich auch theoretisch hergeleitet, indem ich die Oberfläche eines Paraboloids in Abhängigkeit von R, H und der Einbuchtung T hergeleitet habe. Bei R = H = 50 mm erhalte ich etwa bei T = 8 mm die minimale Oberfläche. Dies deckt sich recht gut mit dem Experiment... Link zu mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/oberflaechenspannung/
Steffen W. schrieb: > @ Jürgen S. > Nimm doch einfach einen alten Trafo oder Drossel mit EI Kern. Als Ersatz für den diskutierten Neodym-Magneten? Christoph E. schrieb: > Aber ja nicht auf den Sonnenfilter vergessen .. und zuvor auf kleine Fehlstellen und Löcher kontrollieren! Die SB-ALU Folien-Filter, die Viele benutzen, sind dabei kritisch zu sehen. Gute Filter gibt es z.B. von Baader, wer es braucht. Zum Thema Physikexperimente (hier mi Astro-Bezug) arbeite ich gerade an einer BV zur Verbesserung des optischen Seeings. Kommt gfs auch hier als Bereicht. Momentan wird meine neue Errungenschaft verwurstet:
Zwei Versuche zur Haft- bzw. Gleitreibung habe ich jetzt durchgeführt. Einmal die schiefe Ebene, welche man so lange neigt, bis die darauf befindlichen Gegenstände zu rutschen beginnen. Es besteht dann folgender Zusammenhang zwischen Haftreibungskoeffizienten und Neigungswinkel: µ = tan(alpha). Und dann habe ich noch den Haft- und Gleitreibungskoeffizienten mit meinem Holzblock und dem Arduino-Newtonmeter bestimmt. Einfach den Gegenstand so lange ziehen, bis er sich in Bewegung setzt und die Haftreibung überwunden hat und dann beim Gleiten die Überwindung der kleineren Gleitreibung. Der Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung war jetzt nicht so groß aber messbar... Zum Schluss noch ein kleiner Zaubertrick mit zwei Polarisationsfolien, welche man gekreuzt in einem Plexiglasrohr postiert. Dadurch wird in der Mitte der Eindruck erweckt, im Rohr befände sich ein schwarzer Boden. Dann lässt man einen Tischtennisball durchs Rohr fallen und wie durch Zauberhand fliegt dieser durch den Boden...
Hier (https://www.instructables.com/Optically-Measure-Nanometer-Distances-on-the-Dinne/) bin ich auf ein sehr schönes Experiment zum Thema "Interferenz an dünnen Schichten" gestoßen. Das musste ich natürlich auch gleich durchführen. Man benötigt dazu eine Weißlichtquelle (in meinem Fall eine gewöhnliche Glühbirne), zwei teildurchlässige Spiegel (bekommt man günstig bei PGI oder Astromedia) und ein Spektroskop mit Lichtleiteranschluss. Letzteres habe ich mir vor rund 1 Jahr gebastelt. Zwischen den Spiegelschichten befindet sich ein enger Zwischenraum aus Luft der Länge L. Wenn der Wegunterschied der Lichtstrahlen 2*L genau ein Vielfaches der Wellenlänge lambda ist, transmittiert diese Wellenlänge durch das Interferometer. Es muss also für Transmission gelten: 2*L = n*lambda. Diese Bedingung ist nur für bestimmte Wellenlängen erfüllt. Nimmt man also mit dem Spektroskop das Transmissionsspektrum auf, so müsste man einzelne Peaks beobachten können. Genau dies war bei mir der Fall... Man kann auch die Position der Peaks theoretisch berechnen eben mit der Gleichung 2*L = n*lambda. Die Übereinstimmung Theorie-Experiment ist recht gut. Ein sehr nützliches online-tool zur Berechnung des Transmissionsspektrums: https://www.filmetrics.com/reflectance-calculator?wmin=400&wmax=700&wstep=1&angle=0&pol=s&units=nm&mat[]=SiO2&d[]=0&mat[]=Al&d[]=15&mat[]=Air&d[]=1600&mat[]=Al&d[]=15&mat[]=SiO2&d[]=0&sptype=t
Zwei "Zaubertricks" habe ich noch zum Thema Polarisationsfilter. Zum einen das 3-Filter-Paradoxon und dann das magische Klebeband. Beim 3-Filter-Paradoxon strahlt man zunächst einen Laser durch einen Polarisationsfilter. Dann kommt ein zweiter Filter senkrecht dazu. Die Intensität sinkt nahezu auf 0. Nun postiert man einen dritten um 45° geneigten Filter zwischen den beiden anderen und siehe da, es kommt wieder wider Erwarten Licht durch. Wenn die Intensität durch den ersten Filter I0 beträgt, dann kommt bei 3 Filter I0/4 durch... Für den Klebeband-Versuch benötigt man zwei Polarisationsfilter, eine Overhead-Folie und Klebeband (Tixo). Dieses klebt man regellos und zum Teil auch mehrfach übereinander auf die Overheadfolie. Gibt man das Ganze nun zwischen zwei Polarisationsfilter, so entsteht ein wunderschönes Farbenspiel...
Was macht man am Ostersonntag? Richtig, experimentieren... Habe das Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit durchgeführt, nachdem am Freitag das 50 m lange Lichtleiterkabel angekommen ist. Ich messe eine Zeitverzögerung von 250 ns, was einer Lichtgeschwindigkeit im Glasfaserkabel von 2*10^8 m/s und demnach einem Brechungsindex n = 1.5 entspricht. Dies deckt sich ausgezeichnet mit den Tabellenwerten zwischen 1.47 und 1.55, Heureka... Ich habe den Aufbau aber ein wenig abändern müssen, nachdem das Signal durch das Glasfaserkabel nicht nachweisbar war, wenn ich den Laserstrahl über die Kollimatorlinse einkoppelte und der Abstand Laser-Fasereintritt einige cm betrug. Also musste ich die Idee mit den zwei Photodioden verwerfen. Jetzt leuchte ich mit der Laserdiode ohne Kollimatorlinse einmal direkt auf die Photodiode und dann über das Lichtleiterkabel. Dabei halte ich den Fasereintritt direkt auf das Glas der Laserdiode. So erhalte ich zumindest Signale im Bereich 50-100 mV (siehe angehängtes Oszibild). Hier kann man sich einen ähnlichen Aufbau kaufen: https://i-fiberoptics.com/educational-detail.php?id=13200 Schönen Ostersonntag noch ;-)
Das axiale Magnetfeld einer unendlich langen Zylinderspule beträgt H = n*I/L bzw.B = µ0*n*I/L. Bei einer endlich langen Spule ist dies nicht mehr ganz so. Dem bin ich auf die Spur gegangen und habe das Magnetfeld einer Spule der Länge L mit N Windungen theoretisch bzw. experimentell bestimmt. Die Übereinstimmung ist sehr gut...
Christoph E. schrieb: > Ich komme auf > eine Geschwindigkeit von max. 7 m/s, also 25.2 km/h... 7,111111111111 * 36
Das gebrauchte Maxwellrad ist inzwischen gut angekommen und so konnte ich das Experiment gleich durchführen. Mit der Software "Tracker" habe ich die langsame Beschleunigung aufgezeichnet und a bestimmt. Ich komme auf einen Wert von a = 0.1071 m/s². Damit konnte ich das Trägheitsmoment um den Schwerpunkt zu I_S = 0.00043 kg*m² ermitteln. Dieses Trägheitsmoment habe ich dann auch noch mittels der Gesamtmasse m = 530 g und den Abmessungend es Rotationskörpers berechnet und erhalte I_S = 0.00049 kg*m². Mit der Abweichung beider Ergebnisse bin ich aber zufrieden... Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/maxwellrad/
Vor zwei Jahren habe ich ein Modell eines Teilchenbeschleunigers mit Spulen und Lichtschranken gebastelt. Jetzt fertige ich gerade ein weiteres Modell an, welches mit Hochspannung betrieben wird. In einer großen Plastikschale befinden sich abwechselnd mehrere Elektroden, an die das DC-HV-Netzteil angeschlossen wird. Ein mit Graphitlack besprühter Tischtennisball wird nun in die Schale gegeben. Aufgrund der Abstoßung gleichnamiger Ladungen bewegt sich dieser dann im Kreis. Ich warte eigentlich nur noch auf den Graphitlack von Reichelt, dann kann ich den Teilchenbeschleuniger hochfahren ;-) Vor 30 Jahren habe ich in Turbo-Pascal ein Teilchenbeschleuniger-Spiel programmiert. Es geht darum, ein Elektron mittels Beschleunigungsstecken auf möglichst hohe Geschwindigkeit zu bringen. Dazu müssen die Elektroden immer möglichst zeitgerecht per Tastatur umgepolt werden...
Das Maxwell-Rad ist ein sehr schönes Beispiel für die transformatorische Kopplung zwischen translatorischen und rotatorischen Systemen. Ich habe es mal in LTSpice nachgebaut ;-) Jetzt kann man sich sehr schön den zurückgelegten Weg, die Drehzahl oder die konstante Beschleunigung in Abhängigkeit der mechanischen und geometrischen Parameter ansehen.
>Ich habe es mal in LTSpice nachgebaut ;-)
Nett. Könntest du die Funktionsblöcke P,I und 4 Pol anhängen, sonst
läuft es nicht.
Vielen Dank Joe für deinen sehr spannenden Beitrag... Nachdem inzwischen der Graphitlack von Reichelt angekommen ist, konnte ich meinen elektrostatischen Teilchenbeschleuniger (klingt beeindruckender als er ist ;-)) testen. Zuerst betrug der Elektrodenabstand nur 30° und ich erhielt schon bei sehr niedriger Spannung Überschläge über die nun leitfähige Kugel. Deshalb habe ich den Elektrodenabstand zuerst auf 45° und in der finalen Version auf 90° erhöht. Im letzteren Fall konnte ich mein HV-Netzteil mit 14.5 kV voll ausschöpfen ohne Überschläge. Die Geschwindigkeit ist einigermaßen zufriedenstellend. Vielleicht hänge ich ja alles noch an mein 35kV-Netzteil, mal schauen... Auf meiner Homepage gibt es ganz unten ein Video davon zu sehen: https://stoppi-homemade-physics.de/teilchenbeschleuniger/
Christoph M. schrieb: > Könntest du die Funktionsblöcke P,I und 4 Pol anhängen, sonst > läuft es nicht. gerne https://github.com/Feinmechaniker/Mechatronik/tree/Mechatronik/00%20AB/99%20Tools/01%20LTSpice
Jetzt habe ich noch mein altes Michelson-Interferometer weitestgehend bestehend aus Teilen eines alten DVD-Brenners dokumentiert. Link: https://stoppi-homemade-physics.de/michelson-interferometer/ Verwendung fanden die rote Laserdiode, ein halbdurchlässiger Spiegel, eine Linse für den Kollimator und die Aufweitungsoptik und schließlich noch Druckfedern für die Spiegelhalterungen. Eines meiner wohl schönsten Projekte vor allem wegen der Wiederverwendung alter Teile... Funktionieren tut es anstandslos, auch nach vielen Jahren der Nichtnutzung ist die Justage nach einer Minute erledigt. Es reagiert sehr fein auf kleinste Berührungen der Spiegelhalter mit einem Finger.
Beim Wellenpendel komme ich auch schön langsam weiter. Ich werde die Kugeln nur noch mit M10-Muttern beschweren, da sonst die Nylonschnur nicht wirklich straff gespannt ist. Habe mich für 14 Pendeln und eine Wiederholungszeit von 40 sek entschieden... Von Opitec habe ich mir zwei Schiffsmodelle gekauft (Katamaran und Kielboot). Damit werde ich das rücktreibende Drehmoment in Abhängigkeit vom Krängungswinkel bestimmen und zeigen, dass der Katamaran teilweise bei starkem Wind zu instabilen Situationen bzw. zum Kentern führen kann. Link: https://www.opitec.at/katamaran-easy-line.html Ebenfalls von Opitec habe ich mir einen Reed-Relais-Motor und einen einfachen Elektromotor kommen lassen. Da werde ich ein Video zu besonders einfachen bzw. ausgefallenen Motoren machen. Link: https://www.opitec.at/opitec-reedkontakt-motor.html?pgNr=49 Und dann konnte ich noch zwei Experimente zum Thema Widerstände durchführen. Einmal ein quasi unendlich großes Widerstandsnetzwerk mit einem schönen Grenzwert und dann die Bestimmung des Widerstands eines dünnen Widerstandskeils. Diesen habe ich mit dem kürzlich gekauften Graphitlack erzeugt. Eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment konnte ich bei einer Graphitschichtdicke von nur 6 nm erzielen. Dies ist natürlich viel zu wenig. Daher muss der spezifische Widerstand meines Graphitlacks deutlich über jenem reinen Graphits liegen. Ansonsten stimmen die beiden Kurven sehr gut überein...
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Zwei einfache Elektromotoren habe ich inzwischen umgesetzt. Einmal den Reed-Kontakt-Motor und dann einen, bei dem ich als Kommutator den Kupferlackdraht an den Enden nur an einer Seite abisoliert habe. Einen solchen basteln auch die Schüler im Physiklabor... Zwei Varianten von homopolaren Motoren kommen noch dazu. Dafür habe ich gerade Batterien Typ D und Zylindermagnete auf Amazon bestellt. Die müssten am Montag ankommen. Die beiden Schiffsmodelle (Katamaran und Kielboot) sind auch schon fertig verleimt. Habe heute noch kleine Ringschrauben und eine Wanne fürs Wasser besorgt. An den Ringschrauben fixiere ich die Boote dann mit Schnüren. Die zum Neigen der Schiffe notwendige Kraft bestimme ich abermals mit meinem Arduino-Newtonmeter. Da kann ich bis hinab zu 0.1 mN messen, falls notwendig. Die Neigung der Schiffe erfasse ich mit einer gewöhnlichen Winkelskala + Lot.
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Inzwischen sind die Magnete und die Batterien für die zwei Varianten eines homopolaren Motors angekommen, funktionieren sehr gut... Und mit den ebenfalls eingetrudelten NTC-Widerständen konnte ich die Kennlinien eines ohmschen, PTC- und NTC-Widerstands aufnehmen. Beim NTC-Widerstand liegt ja bei der Messung eine instabile Lage vor. Durch den Strom erwärmt sich der NTC-Widerstand, seine Temperatur T steigt und sein Widerstand R sinkt. Dadurch erhöht sich die Stromstärke weiter und sein Widerstand fällt sukzessive. Daher kann man seine Kennlinie nur bedingt aufnehmen...
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